Турбонаддув что это такое в автомобиле: Турбонаддув японских автомобилей. Как работает турбина?

Содержание

Магия турбонаддува: как это устроено?

В 80-х компания SAAB, создающая реактивные самолеты и уже выпустившая несколько весьма неоднозначных (в плохом смысле) автомобилей, наконец совершила грандиозный ход — установила турбонаддув на свою новую серийную модель. Сейчас такое решение вряд ли назовут грандиозным, да и в те времена SAAB были далеко не первыми. Однако сразу после появления на свет SAAB 99 Turbo началась настоящая турбо-лихорадка. Слово «турбо» стало синонимом слова «круто». Появилось турбо-всё: турбо-холодильники, турбо-бритвы, турбо-очки, турбо-жвачка и т. д. Даже еженедельная рубрика телеканала Discovery по понедельникам называется Turbo! Но, возвращаясь к турбонаддуву, что это такое и как он работает? Рассказываем далее.

Говоря простым языком, если машина «турбо», значит у нее под капотом есть «кастрюля» с вентилятором, который крутится и изо всех сил толкает по каналам в мотор воздух, а дальше, как сказал известный телеведущий, творится колдовство и машина едет быстрее.

Если говорить более техническим языком, то все немного сложнее. Зачем вообще турбонаддув нужен? Автомобили ездят на горючем топливе. Топливу нужен кислород, чтобы гореть. В атмосферных двигателях воздух попадает в камеру сгорания самостоятельно, как бы по приглашению. Он засасывается прямо из атмосферы с, соответственно, атмосферным давлением. В турбированные же движки воздух попадает в том количестве и под тем давлением, как это будет решено конструкторами, что очень благоприятно сказывается на показателях мощности.

А теперь поговорим непосредственно про турбонаддув. Во-первых, на самом деле он называется нагнетатель. Во-вторых, он бывает разный. Основу любого нагнетателя составляет воздушный компрессор — та самая кастрюля с вентилятором, которая загоняет в мотор дополнительный воздух. А различие составляет способ получения энергии для работы. Таким образом, нагнетатели делятся на две категории: турбонагнетатель и механический нагнетатель.

Турбонагнетатель (турбина) получает энергию от переработанного топлива. В выхлопной системе устанавливается небольшая турбина, которую раскручивают выхлопные газы. Ее вращение передается в воздушный компрессор, и он делает свое дело. Механический нагнетатель, который гораздо чаще называют просто компрессор, работает на ременном приводе: он забирает энергию вращения непосредственно у двигателя, как, например, автомобильный генератор. В русском языке существует некая путанница между понятиями «турбина», «компрессор» и «нагнетатель», а вот в английском все очень просто — у них есть turbocharger и supercharger.

А какая между ними разница? Ведь установка того или иного нагнетателя сильно влияет на мощность и динамику автомобиля. Давайте разбираться.

Турбина забирает энергию вращения от потока выхлопных газов. А пока потока нет — турбина не крутится, следовательно мотор работает как простой атмосферник, и автомобиль едет соответственно. Это называется понятием «турбояма» и характерно для всех двигателей с турбиной. Компрессор же забирает вращение непосредственно от мотора, а следовательно подхватывает ваше желание ехать быстрее уже на низких оборотах двигателя, что положительно сказывается на общей динамике автомобиля. Однако турбина, все так же за счет работы от выхлопных газов, дает в итоге больший прирост мощности, чем компрессор. Существуют модели автомобилей, заводские и тюнингованные, на которые хитрецы устанавливают и то, и другое, решая тем самым проблему турбоямы и недостатка мощности. Стоит сказать и про надежность — у турбины гораздо больше сложных деталей, а значит выше вероятность поломки.

А как в итоге воздух попадает через нагнетатель в двигатель? В отличе от атмосферников, он совершает целое путешествие. Помимо воздушного фильтра, он проходит через нагнетатель, а потом через интеркуллер. Это устройство по сути является обычным радиатором, охлаждающим разогретый в нагнетателе воздух. У прохладного воздуха больше плотность, он занимает меньший объем, и таким образом подавать в мотор охлажденный воздух гораздо выгоднее. Дальше происходит стандартный для камеры сгорания процесс: воздух и топливо сжигаются и отправляются через выхлопную систему прочь из автомобиля, по пути раскручивая турбину, если, конечно, она там есть.

Турбо-день на телеканале Discovery! Каждую неделю по понедельникам в 22:00 (мск) смотрите новые серии шоу «Быстрые и громкие», а в 22:55 (мск) — шоу «В ГАС на прокачку».

7 заблуждений про автомобили с турбодвигателями — журнал За рулем

Главное из них — что турбомоторы менее надежны, чем атмосферники. Это так, но не совсем.

Зачем двигателю турбонаддув? В обычном атмосферном ДВС заполнение цилиндров топливовоздушной смесью происходит за счет разрежения, возникающего при движении поршня вниз. При этом наполнение цилиндра даже при полностью открытой дроссельной заслонке происходит не более чем на 95% — сказывается сопротивление впускного тракта.

Материалы по теме

А как увеличить объем подаваемой в цилиндр смеси, чтобы получить большую мощность? Нужно нагнетать воздух под давлением. Это и делает турбокомпрессор. Выхлопные газы раскручивают турбину, которая через вал вращает рабочее колесо компрессора. Оно сжимает поступающий снаружи воздух и буквально заталкивает его в цилиндр. Соответственно, больше воздуха, больше топлива, выше мощность. О турбомоторах мы рассказывали не так давно. Продолжим.

Двигатель с турбонаддувом нельзя сразу глушить — отчасти правда

Ни один производитель не запрещает сразу глушить двигатель даже после работы с большими нагрузками. А зря! Если вы двигались с большой скоростью по трассе или преодолевали горные серпантины, то, заехав на парковку, лучше дать двигателю поработать, чтобы турбокомпрессор немного остыл. В противном случае даже лучшее масло может закоксоваться во втулке и уплотнениях вала турбокомпрессора. А если вы, перед тем как припарковаться, ехали медленно, дополнительного времени на охлаждение компрессору не требуется.

Центральная часть турбокомпрессора с уплотнениями, а также элементы регулируемого соплового аппарата расположены очень близко к «улитке» турбины, которая на больших режимах светится в полумраке красным от нагрева.

Центральная часть турбокомпрессора с уплотнениями, а также элементы регулируемого соплового аппарата расположены очень близко к «улитке» турбины, которая на больших режимах светится в полумраке красным от нагрева.

Гибридные автомобили не бывают с турбонаддувом — неправда

Несложные и сравнительно недорогие гибридные автомобили чаще комплектуют безнаддувными ДВС, работающими на максимально экономичных циклах Аткинсона. Но такие моторы располагают сравнительно скромной удельной мощностью, поэтому некоторые производители включают в состав гибридных установок турбомоторы. Например, на автомобиле Mercedes-Benz E300de (W213) вместе с электромотором работает турбодизель. А в моторном отсеке BMW 530e стоит 2,0-литровый наддувный бензиновый двигатель от модели 520i. В паре с электродвигателем они выдают мощность 249 л.с.

Дизельный гибрид фирмы Peugeot с турбонаддувом.

Турбомоторы нечувствительны к температуре воздуха — неправда

Материалы по теме

Практически все современные турбодвигатели снабжены охладителями наддувочного воздуха — интеркулерами. Ведь сжимаемый в компрессоре воздух нагревается, плотность воздушного заряда снижается, наполнения цилиндров ухудшается. Поэтому на пути потока воздуха из компрессора во впускной трубопровод устанавливают теплообменник, который снижает температуру наддувочного воздуха. Но эффект от обдува наружным воздухом в жару будет намного меньше, чем в холодную погоду. Недаром стритрейсеры перед заездом кладут на пластины интеркулера сухой лед. Кстати, безнаддувные моторы в холодную и влажную погоду тоже тянут чуть лучше: выше плотность заряда и отодвинут порог детонации.

Турбокомпрессор начинает работать только на больших оборотах — неправда

Турбокомпрессоры начинают вращаться при работе двигателя на минимальном холостом ходу, а с ростом оборотов мотора их производительность растет. Турбояма осталась в прошлом. Благодаря небольшим размерам и облегченной конструкции ротора инерционность турбокомпрессора невелика, и он быстро разгоняется до нужных оборотов. Мало того, современные конструкции имеют регулируемый сопловой аппарат турбины с электронным управлением, благодаря чему турбокомпрессор работает всегда с оптимальной производительностью. Поэтому двигатель уже при небольших оборотах способен выдать максимальный крутящий момент и довольно долго поддерживать его на постоянном значении — это называется «полкой».

Турбомоторы сочетаются не со всеми трансмиссиями — отчасти правда

Материалы по теме

Многие производители, рапортующие о высочайшей надежности их вариаторов, тем не менее опасаются агрегатировать их с высокомоментными дизельными двигателями. Все же несущая способность ремня ограничена, что и подтверждают практически все существующие комбинации «мотор — коробка».

Что касается бензиновых двигателей, то ситуация не столь однозначна. Чаще всего японские производители ставят вариаторы в паре с бензиновыми атмосферными моторами, у которых пик крутящего момента бывает при 4000–4500 об/мин. Очевидно, ремню в трансмиссии не понравится, когда хороший наддувный агрегат выкатит весь свой немаленький крутящий момент к 1500 об/мин. Дизель максимальный момент выдает на сравнимых оборотах, но обычно он ощутимо выше.

У всех производителей есть простые машины с безнаддувными моторами — неверно

Многие европейские производители (например, Volvo, Audi, Mercedes-Benz и BMW) перестали выпускать автомобили даже самых малых классов с безнаддувными моторами.

Материалы по теме

А знаете, как определить, есть турбонаддув у двигателя или нет, только просматривая основные технические характеристики?

Если количество литров рабочего объема двигателя, умноженное на сто, ощутимо больше количества лошадиных сил, то двигатель — безнаддувный. Например, мотор рабочим объемом два литра и мощностью 150 л.с — значит, атмосферник.

Времена, когда хондовские моторы рабочим объемом 1,6 л развивали без наддува 160 л.с., давно прошли. Тридцать лет назад такие моторы имели минимальные ограничения по токсичности и крутились до 8000 об/мин. Наддувные моторы располагают значительно большей удельной мощностью. Так, мотор совместной разработки Mercedes-Benz и Renault рабочим объемом 1,33 л, который в том числе устанавливают на массовую Аркану, выдает 150 л.с. А двухлитровый агрегат Volvo — 249 л.с. Бывают редкие исключения, например мотор 1,4 TSI на Поло развивает мощность 125 л.с.

У турбомоторов такой же ресурс, как и у атмосферников — отчасти верно

Здесь рабочее колесо компрессора развалилось, и обломки всосало в цилиндр. Наглядная демонстрация утверждения: чем больше деталей, тем ниже надежность агрегата.

Здесь рабочее колесо компрессора развалилось, и обломки всосало в цилиндр. Наглядная демонстрация утверждения: чем больше деталей, тем ниже надежность агрегата.

Материалы по теме

В последнее время идет выравнивание ресурса наддувных и безнаддувных моторов. Но не из-за того, что «турбо» подтягиются — скорее наоборот. Многие простые атмосферники стали ходить меньше.

До 200 000 км пробега дотягивают немногие. Причин много: требования к экономичности и экологичности, и облегчение конструкции, и экономия производителей на конструкционных материалах. Да и хозяева стали относиться к машинам потребительски. Первым владельцам, ездящим до окончания гарантии, вопросы ресурса неинтересны, а «вторые руки» часто, поездив некоторое время и нарвавшись на ряд отказов, сплавляют машину дальше. А там следы честного пробега, сервисной и ремонтной истории теряются окончательно.

В этом материале показано, что действительно большие пробеги могут обеспечить только самые простые, нефорсированные двигатели устанавливаемые на небольшие легковые автомобили.
Продлить срок службы узлов и агрегатов автомобиля можно при помощи специальных присадок.
Лучше всего себя зарекомендовали продукты от SUPROTEC и VALENA.

Как работает турбина в авто

Если разговор заходит о мощных гоночных спортивных машинах, как правило, всегда затрагивают тему турбокомпрессоров (турбин). Они значительно увеличивают мощность двигателя без заметного увеличения массы авто. Именно благодаря этому преимуществу турбины стали настолько популярны. Рассмотрим более подробно, как работает турбина в авто.

Принцип работы турбины в авто

Основные элементы практически любого турбокомпрессора – это центробежный насос и турбина. Они соединены между собой жесткой осью. Турбина и насос вращаются с одной и той же скоростью, в одном направлении. Энергия потока отработавших (выхлопных) газов трансформируется в крутящий момент и таким образом приводит в действие агрегат-компрессор. Осуществляется это таким образом:
Отработанные газы, которые выходят из цилиндров поршневого двигателя, передаются на турбинную крыльчатку, и она уже преобразует их в крутящий момент (кинетическую энергию вращения).

Компрессор втягивает воздух, пропускает его через воздушный фильтр, сжимает и затем опять подает в цилиндры двигателя.

Таким образом, двигатель внутреннего сгорания развивает большую мощность.
Турбиной могут быть оснащены различные двигатели: дизельные, работающие на газу или бензине. На сегодняшний день они широко используются на легковых и на грузовых авто.

Монтаж турбокомпрессоров на двигатели внутреннего сгорания, которые работают на бензине, ускорился благодаря практике их использования на авторалли и автогонках. Расширение ассортимента материалов, которые обладают высокими температурными свойствами, повышение качественного состава моторных масел, использование электронного управления клапанами и жидкостного охлаждения корпуса турбины в авто – эти перечисленные факторы способствовали тому, что турбины уже стали устанавливать на мелкосерийные двигатели внутреннего сгорания (бензиновые).

Сегодня на любой двигатель можно установить турбину, однако делать это должен только опытный мастер СТО.

Турбонаддув – компактное решение глобальной проблемы. Зачем он нужен и как работает.

Перед тем как мы начнём, хочу сразу прояснить один момент. В данной статье я предполагаю, что читатель имеет хотя бы примерное представление о принципе работы ДВС (двигателя внутреннего сгорания). И есть понимание, что в блоке цилиндров вверх-вниз двигаются поршни: засасывая и затем сжимая воздух с примесью бензина, а после, сжатую смесь поджигает искра и поршень идёт вниз, совершая полезную работу. Уже знаете? Отлично! Тогда разберёмся с турбиной.

С чего всё началось?

Давайте «на пальцах». Почти шекспировский вопрос: как увеличить мощность двигателя? Сейчас не будем лезть в дебри инженерии, а пойдём от простого, как рассуждали мотористы-проектировщики на заре автомобилизации. Самый очевидный способ – банально увеличить рабочий объём цилиндра! Здесь всё понятно: за один такт впуска поршень засосёт больше воздуха, топлива, соответственно, можно также добавить больше. «Заряд», который воспламенит свеча, будет мощнее – а значит, сильнее получится взрыв, который толкает поршень вниз на такте рабочего хода. Победа?.. И да, и нет. Увеличивая рабочий объём, мы волей-неволей тянем за собой и всё остальное: размеры деталей мотора и их масса тоже увеличиваются. А чем больше масса мотора, тем он менее экономичный, а шасси начинает испытывать проблемы с управляемостью… За примером далеко ходить не нужно – вспомним знаменитые масл-кары США годов, эдак, 60-х. Невероятный объём двигателя, относительно высокая мощность, при этом огромные размеры и… способность нормально «выстреливать» только на прямых. Серпантины, да и просто мало-мальски резкие повороты – всё это было таким машинам строго противопоказано. А про расход топлива я молчу вовсе: ну не брался тогда в серьёзный расчёт такой показатель.

Вывод: эффективность мотора, мощность которого увеличена только за счёт рабочего объёма, крайне мала.

Фото автогурман.com
И тогда придумали турбину. Суть идеи очень простая: за один такт впуска загнать в мотор как можно больше воздуха. Скажем так: больше, чем это можно сделать, засасывая воздух разрежением (естественным путём). Проще говоря, когда поршень движется вниз, а впускные клапаны открываются, воздух в цилиндр принудительно заталкивают, и его удельная масса в цилиндре увеличивается. Соответственно, на эту увеличенную массу воздуха можно подать больше топлива. А значит, заряд топливно-воздушной смеси станет более эффективным.
Тут справедливо задать вопрос: а что мешает просто добавить больше топлива, без всяких турбин?.. Отвечаю. Мешает то, что ДВС рассчитан на строго определённую пропорцию воздух/бензин. Академическое значение этой пропорции – 14.7 / 1. То есть, максимально эффективно двигатель будет работать при смешивании 14.7 частей воздуха к 1 части бензина. Если просто ливануть больше топлива – пропорция изменится, и эффективность сгорания снизится, а не увеличится. Поэтому, закон моторостроения неизменен: добавляешь бензина – добавляй и воздуха.

Фото autos.ca
Как этот зверь работает?
Турбина (турбокомпрессор) представляет собой некую похожую на раковину конструкцию (потому и прилепилось к ней прозвище «улитка»), внутри которой находится вал с лопатками. На одном конце вала лопатки «горячей» части – через них проходят раскалённые выхлопные газы двигателя, раскручивая вал. На другом конце находятся лопатки «холодной» части – они сжимают поступающий из воздушного фильтра воздух, который уже сжатый, под давлением, и подаётся в цилиндры. По большому счёту, чем выше обороты двигателя – тем сильнее выхлопные газы раскручивают турбину, и тем сильнее она «дует», увеличивая давление поступающего в мотор воздуха. Конечно, в этом алгоритме есть много нюансов, но это уже за пределами нашего сегодняшнего обсуждения.

А ещё есть механические компрессоры. Суть та же – сжимать воздух, но принцип работы отличается. Механические компрессоры (нагнетатели) приводятся не кинетической энергией выхлопных газов, а ремнём или шестернями, непосредственно от коленвала двигателя. Схема на сегодняшний день распространена слабо, поэтому вдаваться в подробности не будем.
Фото uazbuka.ru
А что на практике?
В заключение хочу дать пару простых советов по эксплуатации турбины. Благо, используется она уже повсеместно, и сегодня трудно встретить автопроизводителя, который не применял бы её даже на автомобилях среднего и нижнего класса. Итак.

Если вы активно «отжигали» — не стоит сразу глушить двигатель. Это самое важное правило, несоблюдение которого может привести к банальному выходу турбины из строя. А турбина – деталь не из дешёвых. Суть же в том, что турбокомпрессор при активной работе запросто может раскаляться докрасна. Дабы внутренние детали не заклинили от таких экстремальных температур (температура выхлопных газов достигает 1000 градусов), к турбокомпрессору подведены трубки охлаждения и смазки. Через оба этих контура циркуляция осуществляется только при работающем двигателе. То есть, сразу выключая двигатель при раскалённой турбине, вы перерубаете и циркуляцию масла и охлаждающей жидкости. Это может привести (и приводит) к закипанию этих жидкостей внутри турбины и фатальному перегреву её деталей.
Наверняка слышали про турботаймер. Вот это устройство как раз призвано предохранять «улитку» от локальных перегревов. Суть работы в том, что когда вы поворачиваете ключ зажигания в положение «OFF», мотор ещё какое-то время продолжает работать. Для того, чтобы масло и ОЖ продолжали циркулировать через турбину, постепенно её охлаждая. Через определённое время (минута-две) двигатель заглушится сам. При этом, вашего присутствия не требуется: вы как обычно закрываете машину и уходите по своим делам.
Фото rosssport.com
Не стоит часами стоять на холостых оборотах. Это может способствовать «утеканию» масла из турбины во впуск, что ведёт к его загрязнению (нагар на клапанах и в камере сгорания). К слову, этот момент описан даже в инструкции по эксплуатации к любому турбированному автомобилю.
Как понять, что турбине автомобиля скоро придет конец — Российская газета
Турбированный двигатель имеет массу преимуществ: повышенная мощность, экономичность. Но главный его недостаток — недолгий срок службы турбины: около 10 лет или 150-170 тысяч километров.
На этом пробеге подержанные автомобили спешат выставить на вторичный рынок, поэтому при покупке есть шанс нарваться на проблемный вариант. Какие симптомы позволяют определить грядущие неисправности?
Первым делом стоит осмотреть выхлопную систему автомобиля и прислушаться к посторонним звукам из-под капота. В нормальном состоянии компрессор раскручивается до нескольких десятков тысяч оборотов и чуть слышно шипит. Если при добавлении газа начинает раздаваться свист, похожие на звуки сирены завывания и прочие странные звуки, то долго турбина не протянет.
В данном случае дело, скорее всего, в опорных подшипниках, где закоксовалось масло. Посторонние шумы могут возникать из-за трещин в корпусе, потери герметичности впуска или сломанных лопастей компрессора. Подобые проблемы игнорировать нельзя: частички металла при разрушении могут попадать в двигатель, в камерах сгорания появятся задиры, пишет aif.ru.
Еще один очевидный признак проблем с турбиной — это выхлоп сизого цвета. На холостом ходу такой дым исчезает, а на высоких оборотах двигателя нарастает. Возникает он из-за утечки масла через компрессор в цилиндры.
Если дым приобрел черный цвет, то скорее всего произошла утечка воздуха в интекулере или нагнетающих магистралях. Темный выхлоп может свидетельствовать об износе поршневых колец.
Третий симптом — масляные подтеки, выявляемые при осмотре системы турбонаддува. Они говорят о том, что узел потерял герметичность и его нужно менять.
Деформироваться технический узел может из-за превышения турбиной допустимых оборотов (так называемый «перекрут»). Причиной являются ложные показания датчика воздуха, из-за чего механизм регулировки давления срабатывает с задержкой. Перепады давления могут наблюдаться из-за засорения канала подачи воздуха. Валы турбины могут закоксоваться, сливной маслопровод — засоряться.
Любые из перечисленных признаков должны насторожить как потенциального покупателя, так и владельца автомобиля. Машину нужно отправить на диагностику, чтобы компьютер проанализировал ошибки и указал на возможные неисправности.
Турбонаддув современного автомобиля. Что это и зачем нужно?
Характеристики двигателя внутреннего сгорания (ДВС) можно описать через его выходной крутящий момент. Крутящий момент двигателя на низких оборотах оказывает значительное влияние на управляемость автомобиля, а крутящий момент двигателя на высоких оборотах определяет максимальную скорость автомобиля и расположение передаточных чисел коробки передач.
Крутящий момент двигателя можно увеличить несколькими способами:
повысить эффективность двигателя
увеличить объем двигателя
увеличить плотность всасываемого воздуха
Турбонаддув — верный метод увеличения плотности всасываемого воздуха. Это требует дополнительной работы на стороне впуска воздуха, помимо насосной работы атмосферного (безнаддувного) двигателя, чтобы нагнетать дополнительную массу воздуха в цилиндры. Эта дополнительная работа осуществляется турбонагнетателем, где турбина использует энергию выхлопных газов для вращения компрессора (крыльчатки).
Исторически нагнетатели впервые устанавливались на дизельные двигатели с воспламенением от сжатия, в основном по следующим причинам:
удельная мощность дизельного двигателя без наддува оставляет желать лучшего
выходная мощность дизельного двигателя ограничена дымовыделением, а добавление большего количества воздуха в цилиндр может уменьшить количество дыма
(по сравнению с бензиновым двигателем со свечами зажигания) детонация в дизельном двигателе невозможна, поскольку топливо впрыскивается в конце цикла сжатия
(по сравнению с бензиновым двигателем со свечами зажигания) дизельные двигатели дороже в производстве, поэтому стоимость турбокомпрессора меньше влияет на общую стоимость двигателя.
На двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием (бензиновом) основной причиной установки турбонагнетателя является увеличение выходного крутящего момента / мощности за счет ограниченной (объемной) мощности двигателя. Основным ограничением бензинового двигателя с турбонаддувом с точки зрения того, насколько может повыситься давление наддува, является детонация в двигателе. Дополнительный воздух для наддува внутри цилиндров вызывает значительное повышение температуры топливовоздушной смеси в конце сгорания, что может привести к детонации в двигателе. Для предотвращения детонации двигатели с турбонаддувом обычно имеют более низкую степень сжатия, чем двигатели без наддува (атмосферные).
Турбонаддув можно охарактеризовать как особый метод наддува, при котором энергия горячих выхлопных газов используется для привода компрессора всасываемого воздуха. Преимущество заключается в том, что энергия выхлопных газов не тратится впустую, а используется для работы компрессора.
Когда турбина помещается в выпускной коллектор, давление выхлопных газов увеличивается перед турбиной. Это заставляет двигатель потреблять больше энергии для удаления сгоревших газов из цилиндров во время такта выпуска. Турбина преобразует поток и тепловую энергию выхлопных газов в энергию сжатия. Следовательно, рост давления всасываемого воздуха больше, чем рост давления выхлопных газов, а это означает, что суммарный КПД двигателя увеличивается.
Автомобильные турбокомпрессоры состоят из четырех основных частей:
корпус компрессора
основной (центральный) корпус
корпус турбины
привод перепускной заслонки
Корпус компрессора (обычно изготовленный из алюминия) содержит компрессор с осевым входом и радиальным выходом (также известный как рабочее колесо). Корпус турбины содержит турбину с радиальным притоком и осевым выпуском, соединенную с компрессором через вал.
Скорость турбокомпрессорного агрегата может легко достигать 120 000 об / мин или даже 300 000 об / мин. Чтобы выдерживать такие высокие скорости, вал вращается в подшипниках скольжения с гидродинамической масляной пленкой с низким коэффициентом трения, которые размещены в основном (центральном) корпусе.
Подшипники скольжения бывают двух типов: радиальные и осевые. Обычно это два радиальных подшипника (втулка) и один упорный подшипник (упорный). Подшипники имеют смазочные каналы, которые позволяют маслу проникать внутрь подшипников и образовывать гидродинамическую масляную пленку между подшипником и валом. Такие подшипники также называются полностью плавающими. Цепь смазки турбонагнетателя подключена к основной системе смазки двигателя внутреннего сгорания.
Температура масла может широко варьироваться от минимальной (например, -30 ° C) до номинальной рабочей температуры двигателя (около 90 ° C). Для обеспечения потока масла для охлаждения в любых температурных условиях необходимо обеспечить зазор между подшипниками и валом.
где: 1 — колесо компрессора, 2 — осевой (упорный) подшипник, 3 — радиальные (втулочные), 4 — подшипники, 5 — вал, 6 — колесо турбины.
Подшипники турбокомпрессора могут быть подшипниками скольжения (как на картинке выше) или роликоподшипниками. Турбокомпрессоры, работающие на выхлопных газах, с роликоподшипниками более эффективны, чем на подшипниках скольжения, имеют лучшие переходные характеристики (они ускоряются быстрее) и могут обеспечивать более высокое давление наддува при частичных нагрузках двигателя. Основными недостатками роликоподшипников являются надежность при длительной эксплуатации и акустические характеристики (более шумный). Роликовые подшипники в основном используются в высокопроизводительных турбокомпрессорах для мотоспорта.
Подшипники могут работать нормально, если температура выхлопных газов ниже 800 ° C, охлаждения масла достаточно для поддержания нормальных условий работы. На бензиновых двигателях, где температура выхлопных газов может превышать 1000 ° C, необходим центральный (подшипниковый) корпус с водяным охлаждением.
Корпус сердечника также содержит некоторые уплотнительные элементы, которые предотвращают попадание масла в выпускной или впускной коллектор, а также максимально сокращают попадание всасываемого воздуха и выхлопных газов (картерных газов).
Компрессор состоит из крыльчатки с осевым притоком и радиальным выпуском (крыльчатки компрессора) и литого алюминиевого корпуса. Во избежание утечки воздуха между компрессором и корпусом зазор должен быть минимальным.
Рабочее колесо компрессора (крыльчатка) обычно изготавливается из литого алюминиевого сплава. В современных турбокомпрессорах рабочее колесо фрезеровано из алюминиевого сплава. Во избежание помпажа компрессора (реверсирования воздушного потока при закрытии дроссельной заслонки) корпус компрессора оборудован продувочным (отрывным) клапаном.
В некоторых коммерческих транспортных средствах с очень долгим сроком службы компонентов крыльчатка компрессора (крыльчатка) фрезерована из титанового сплава.
Компрессоры бензиновых двигателей с турбонаддувом имеют продувочные (выталкивающие) клапаны, которые должны предотвращать скачки давления при резком падении нагрузки на двигатель (например, дроссельная заслонка переходит из полностью открытого в полностью закрытое положение за очень короткое время). Большинство современных продувочных клапанов имеют электрический привод, а события открытия и закрытия контролируются модулем управления трансмиссией (PCM).
Рабочее колесо компрессора Турбинное колесо турбокомпрессора Радиальный подшипник турбокомпрессора Перепускной клапан турбокомпрессора
Сторона турбины нагнетателя состоит из:
Диффузора.
Корпуса.
Крыльчатки.
Перепускной заслонки для отработанных газов.
Назначение диффузора — ускорить поток выхлопных газов и равномерно распределить его по лопаткам (колесу) турбины. Диффузор встроен в спиральный корпус турбины.
Корпус турбины должен выдерживать очень высокие температуры и сделан из высоколегированного чугуна. В зависимости от типа повышения давления выхлопных газов существует два типа кожуха турбины:
Корпус импульсного наддува
Корпус постоянного давления
В случае импульсного наддува трубы выхлопных газов, идущие от каждого цилиндра, проходят отдельно в корпус турбины. Корпус турбины спроектирован таким образом, чтобы максимально предотвращать смешивание потоков выхлопных газов перед входом в рабочее колесо турбины.
В случае наддува постоянного давления из выхлопных труб всех цилиндров, выхлопные трубы подключены к выпускному коллектору большого объема, который отфильтровывает отдельные импульсы давления.
Стандартное колесо турбины имеет радиально-впускную и осевую конструкции. Поскольку турбинное колесо должно работать в условиях очень высоких температур, оно изготовлено из стального сплава, содержащего большое количество никеля.
Чтобы минимизировать турболаг (задержку разгона двигателя), момент инерции массы компрессорного колеса, турбинного колеса и вала должен быть как можно меньше. По этой причине исследуются высокопрочные материалы с низкой плотностью для использования в будущих турбокомпрессорах.
Где: 1 — корпус компрессора, 2 — колесо компрессора (крыльчатка), 3 — пневматический привод, 4 — центральный (подшипниковый) корпус, 5 — рычаг управления перепускным клапаном, 6 — перепускной клапан, 7 — корпус турбины, 8 — колесо турбины.
Давление наддува регулируется путем регулирования количества выхлопных газов, проходящих через турбинное колесо. Поток выхлопных газов в турбине регулируется перепускным клапаном, который может приводиться в действие пневматическим или электрическим приводом.
Подача воздуха для управления пневматическим блоком перепускной заслонки может осуществляться за счет самого давления наддува или за счет давления вакуума (от вакуумного насоса автомобиля). Недостатком использования давления наддува является то, что управление перепускным клапаном зависит от нагрузки двигателя (давления наддува). С помощью вакуумного насоса давление наддува можно регулировать независимо от рабочего состояния двигателя.
Последние технологии турбокомпрессоров предусматривают прямое электрическое включение перепускной заслонки. Это обеспечивает более быстрое и точное срабатывание перепускной заслонки независимо от оборотов двигателя.
Высокопроизводительные турбокомпрессоры — EFRTM от BorgWarner
Где: 1 — колесо компрессора, 2 — колесо и вал турбины Gamma-Ti, 3 — корпус турбины из нержавеющей стали, 4 — перепускной клапан с высоким расходом, 5 — задний диск турбины, 6 — двухрядный шарикоподшипник с керамическими шариками и металлическим сепаратором, 7 — корпус компрессора, 8 — встроенный клапан рециркуляции компрессора (CVR), 9 — электромагнитный клапан управления наддувом (BCSV), 10 — датчик скорости.
Турбокомпрессор Continental RAAX
RAAXTM (что означает «радиально-осевой») — это новый турбокомпрессор Continental с наиболее важной инновацией в конструкции турбины. В отличие от наиболее распространенного на сегодняшний день типа бензиновых турбонагнетателей, радиального турбонагнетателя, который имеет радиальный впуск выхлопных газов, новый турбокомпрессор Continental имеет радиально-осевой (полурадиальный / полуосевой) впускной канал.
Соответствующая специальная конструкция лопастей позволяет примерно на 40% снизить крутящий момент инерции турбинных колес. Это означает, что турбокомпрессор быстрее реагирует на изменения нагрузки двигателя, поэтому давление наддува создается быстрее, а турбо задержка сводится к минимуму. В дополнение к этому значительному улучшению реакции, технология RAAXTM также приводит к повышению эффективности до 3% в соответствующем рабочем диапазоне двигателя, что приводит к снижению выбросов.
Автомобильные турбокомпрессоры: Все самые важные факты
Автомобильные турбины: Функции и как увеличить срок службы
Автомобильные турбокомпрессоры являются ключевым компонентом для увеличения мощности любого автомобиля. В последние годы все больше новых автомобилей стали оснащаться турбинами. Благодаря турбокомпрессорам автопроизводители не только повышают мощность автомобилям, но и делает их выхлоп экологически чище. К сожалению, помимо плюсов, есть и минусы при использовании автомобильных турбин. Главный минус- это ресурс турбокомпрессора. К счастью, существуют некоторые рекомендации, которые позволяют увеличить срок службы компонентов турбонаддува. Предлагаем вам узнать, как работают турбокомпрессоры в современных автомобилях, а также узнать, как вы можете предотвратить преждевременный выход турбины из строя.

Турбонаддув: принцип действия, достоинства, недостатки

Приобретая в наши дни новый автомобиль, скорее всего, он будет оснащен турбированным двигателем, благодаря чему транспортное средство имеет неплохую мощность, низкий расход топлива и более чистый выхлоп. Давайте подробнее узнаем, что же такое турбокомпрессор, а также узнаем самые важные факты о нем. В том числе, мы расскажем о самых частых дефектах и поломках автомобильных турбин.

На сегодняшнем рынке пока не все автомобили оснащаются турбинами. Но уже через несколько лет купить машину без турбированного мотора у вас вряд ли получится. Причем это касается не только бензиновых моделей автомобилей. Дело в том, что турбиной оснащаются, в том числе, и дизельные двигатели.

Так что турбокомпрессоры в наши дни стали неотъемлемой частью большинства современных автомобилей. Но, несмотря на то, что турбированные двигатели стали очень популярны несколько лет назад, технология двигателей, оснащенных турбокомпрессорами, появилась уже более 100 лет назад.

В 1905 году Швейцарский изобретатель Альфред Бучи изобрел систему нагнетания, которая работала от выхлопных газов в двигателе внутреннего сгорания. Смысл этого изобретения прост и основан на принципе работы лопастей ветряной мельницы, которые вращаются потоком ветра. Только вместо ветра в изобретении Альфреда использовался выхлоп отработанных газов силового агрегата, который и вращал лопасти.
К сожалению, в те годы Альфреду удалось получить только патент на изобретение. Увы, построить партию опытных образцов у изобретателя не было возможности.
В 1913 Французский профессор Огюст Рато впервые в мире оснастил самолет турбокомпрессором, основанным на изобретении Бучи.
В 1915 году Альфред Бучи построил прототип корабля, оснащенного дизельным двигателем с турбиной.
Позднее, турбокомпрессоры пришли в мир автоспорта, где перевернули представление о мощности автомобилей.

Недавно автопроизводители вспомнили о технологиях турбированных моторов, которые намного эффективнее обычных двигателей. В первую очередь автомобильные компании стали оснащать турбокомпрессорами дизельные маломощные двигатели. В итоге, благодаря турбонаддуву многие современные дизельные моторы по мощности приблизились к бензиновым силовым агрегатам.

Это интересно: Как начать самостоятельно обслуживать автомобиль?

В итоге сегодня турбомоторы стали незаменимыми для автопроизводителей, которые вынуждены подстраиваться под новые экологические нормы, которые действуют в США и Европе. Благодаря использованию турбокомпрессоров, современные автомобили стали намного экономичнее, мощнее, а также имеют низкий уровень вредных веществ в выхлопе.

В конечном итоге все современные автомобили в наши дни, выпускаемые в автопромышленности, являются самыми экологическими чистыми за всю историю автомира.

Функция турбины, настройка и ее дефекты
Функция турбокомпрессора заключается в том, чтобы увеличивать выходную мощность и крутящий момент двигателя. Благодаря турбине производители могут уменьшать количество рабочих цилиндров в двигателе без снижения мощности и крутящего момента.

Например, только трехцилиндровый 1,0 литровый турбомотор может выдавать мощность в 90 л.с. Добиться такой же производительности обычный бензиновый трехцилиндровый мотор без дорогостоящих модификаций не сможет ни один автопроизводитель.

Также 1,0 литровый турбированный трехцилиндровый двигатель имеет более низкий расход топлива и небольшой уровень выхлопных газов СО2.

Обкатка двигателя: Что нужно знать?

Именно поэтому турбированные моторы стали очень распространенными в малолитражных бензиновых автомобилях за последние несколько лет.

Также все чаще стали выпускаться дизельные двигатели с двумя турбинами (Bi-Turbo), что позволяет производителям не только добиваться потрясающий мощности от дизельных автомобилей, но снижать уровень вредных веществ в выхлопе до рекордных значений.

В большинстве случаев работа современных турбокомпрессоров основана на тех же принципах, которые создал Швейцарский изобретатель Альфред Бучи. То есть большинство турбин в современных автомобилях работают от давления, образующего от выхлопных газах в камере сгорания двигателя.

Недавно также стали появляться турбины, которые могут работать, как от электричества, так и традиционно от газа, поступающего из выхлопной системы. Благодаря этому инженеры добились максимальной мощности и крутящего момента при небольших оборотах двигателя. Например, подобная турбо технология используется в дизельном 4,0 литровом моторе Audi V8 TDI, который устанавливается на кроссовер SQ7.

Эксплуатация и техническое обслуживание автомобильных турбин
С каждым годом во всем мире ужесточаются экологические требования к выхлопу современных автомобилей. В результате все больше новых автомобилей оснащаются турбинами. Таким образом автопроизводители пытаются выпускать автомобили, которые будут соответствовать жёстким экологическим нормам. Увы, без использования турбин в современных автомобилях добиться сокращения уровня вредных веществ в выхлопе без миллиардных инвестиций невозможно.

Наше интернет издание 1GAI.RU в связи с массовой распространенностью турбированных двигателей в автопромышленности решила собрать для вас все самые важные вопросы и ответы об автомобильных турбокомпрессорах, об их техническом обслуживании, также о многом другом:

Как работает турбина в автомобиле?
Работа турбокомпрессора основана на принципе увеличения мощности двигателя внутреннего сгорания за счет большого количества воздуха (кислорода) необходимого для воспламенения топлива в камере сгорания. То есть автомобильная турбина больше не делает ничего кроме поставки двигателю большой массы кислорода.

Воздух из турбины подается непосредственно во впускное отверстие цилиндра двигателя.

Чтобы привести лопасти турбины в движение компрессор турбо нагнетателя использует для этого выхлопные газы двигателя. Для этого используется законы физики: преобразование тепловой энергии в кинетическую (горячие выхлопные газы начинают вращать лопатки турбины, которые и направляют большие потоки кислорода в двигатель, за счет чего и увеличивается мощность).

Что такое турбо лаг (турбо-яма)?
Количества выхлопных газов на низких скоростях автомобиля (низкие обороты двигателя) не достаточно для приведения в действие работы турбины турбокомпрессора. Именно поэтому турбина может создать достаточное давление воздуха для подачи в двигатель только при движении машины на средней скорости (средние обороты двигателя).

Смотрите также: По каким принципам работает двигатель Инфинити с изменяемой степенью сжатия, подробная информация

Давление топлива в турбированных автомобилях регулируется в зависимости от давления турбонагнетателя. То есть, если обороты двигателя маленькие, то давление топлива будет небольшое и топливная смесь будет не богатой кислородом из-за того, что турбокомпрессор не будет давать достаточного давления кислорода. То же самое происходит не только на малых оборотах двигателя, но и при резком нажатии на педаль газа с места. В этот момент машина не начнет максимально динамичный разгон, так как крыльчатке турбокомпрессора будет не хватать необходимого давления выхлопных газов для создания сжатого потока кислорода и подаче его в камеру сгорания двигателя. В итоге на короткое время в двигателе будет наблюдаться дефицит топливной смеси для эффективного воспламенения (кислород+топливо). Это и приводит к кратковременной задержке разгона, которая и называется турбо-лаг или «турбо яма». Вот почему многие владельцы турбированных автомобилей часто жалуются, что при резком разгоне с малых оборотов двигателя автомобиль после нажатия педали газа на 1-2 секунду не сразу реагирует на увеличение оборотов двигателя.

В некоторых премиальных автомобилях в последние годы стали появляться по две или даже три турбины, которые решают проблему турбо-ям (одна турбина работает при маленьких оборотах двигателя, другая включается на более высокой скорости работы мотора). Также недавно стали появляться турбокомпрессоры с адаптивными крыльчатками (регулируемые лопатки в турбине), которые умеют адаптироваться к любому диапазону оборотов двигателя. Таким образом достигается высокий крутящий момент автомобиля на низких скоростях.

В чем разница между турбокомпрессором и турбонагнетателем (турбонаддув)?
Турбокомпрессоры и турбонагнетатели работают аналогичным образом. Функция их проста: сжатие всасываемого воздуха и подача его в камеру сгорания двигателя. Но, несмотря на одинаковый смысл работы между двумя видами турбин, существуют отличия.

Главное отличие двух видов турбин это система их питания.

Турбокомпрессор получает питание от ременного привода, который передает крутящий момент двигателя на турбину, точно также, как силовой агрегат передает с помощью ремней и роликов крутящий момент на электрический генератор автомобиля, который заряжает аккумуляторную батарею. То есть, по сути, турбокомпрессор питается от электричества.

Что касаемо турбонагнетателя или турбонаддува, то этот вид турбин работает от выхлопных газов. Как мы уже сказали выше, после нагнетания кислорода он подается под давлением в камеру сгорания увеличивая крутящий момент двигателя и его мощность.

Срок службы турбокомпрессора

Еще недавно турбокомпрессоры были ненадежны и часто выходили из строя, даже при надлежащем уходе. Современные компрессоры стали более надежны и некоторые из них имеют срок службы сравнимым с ресурсом двигателя. Тем не менее, для того чтобы турбина проработала как можно дольше, она нуждается в обслуживании и регулярном техническом осмотре для выявления на начальном этапе каких-либо неисправностей.

Смотрите также: История развития бензиновых двигателей внутреннего сгорания

Во-первых, владельцы турбированных автомобилей ни в коем случае не должны затягивать с плановой заменой моторного масла и воздушного фильтра, поскольку даже малейшее загрязнение фильтра и масла могут негативно сказываться на работоспособности турбины и ее срока службы. То есть, если в автомобиле с обычным двигателем вы можете без особого вреда запаздывать с плановой заменой масла и воздушного фильтра, то в турбированных силовых агрегатах плановое ТО должно быть проведено даже немного раньше, чем рекомендовано автопроизводителем. Особенно это касается нашей страны, где качество топлива оставляет желать лучшего.

Также турбины требуют постоянной диагностики, чтобы вовремя заметить возможные неисправности. Главная задача не допустить увеличения давления наддува, которое может не только вывести из строя турбокомпрессор, но и серьезно повредить двигатель.

Можно ли с помощью тюнинга оснастить автомобиль с обычным двигателем турбокомпрессором?
Благодаря современным турбосистемам, фактически любая машина может быть оборудована турбонаддувом. В большинстве случаев для этого необходимо обратиться в специализированное тюнинг-ателье или автомастерскую. Перед установкой турбины специалисты проверят, выдержит ли ваш двигатель повышение мощности за счет турбонаддува. Также специалисты проведут диагностику топливной системы, которая играет важное значение в турбированных двигателях.

Смотрите также: Новый дизельный шестицилиндровый двигатель BMW имеет четыре турбины

Затем, если установка турбины возможна специалисты проведут ряд модернизаций вашего автомобиля: установка турбокомпрессора, изменение программного обеспечения блока управления двигателем, который отвечает за впрыск топлива, изменение системы выхлопа (изменение системы выпуска отработанных газов), изменение системы подачи топлива и т.п.

При тюнинге автомобиля во время которого устанавливается турбина, главная задача специалистов найти компромисс между производительностью двигателя и долговечностью работы силового агрегата и турбины.
Главный враг любого двигателя- это отработанные газы. Чем быстрее газы удаляются из двигателя, тем лучше.

Также вы должны помнить, что любая турбина за счет подачи кислорода под давлением увеличивает температуру воспламенения топлива в камере сгорания, что естественно сказывается на ресурсе двигателя.
Поэтому в процессе тюнинга специалисты тщательно настраивают оптимальное давление турбины для вашего автомобиля.

Дело в том, что, по сути, даже с небольшого двигателя можно выжить огромное количество мощности за счет подачи кислорода под высоким давлением в двигатель. Но в этом случае ресурс силового агрегата может сократиться более чем в 2-3 раза из-за повышенной температуры воспламенения топлива в камере сгорания.
Так что в процессе выбора марки и модели турбины специалисты стараются настроить давление турбины таким образом, чтобы оно не очень сильно повлияло на ресурс двигателя.

К сожалению, эта проблема относится не только автомобилям, на которые с помощью тюнинг работ были установлены турбокомпрессоры. Даже заводские турбированные двигатели в наши дни имеют не очень большой ресурс. Особенно это касается недорогих автомобилей, которые в последние годы стали оснащаться малолитражными двигателями, оснащенные турбинами. Производители таких автомобилей в погони за потребителем, стараются сделать транспортные средства самыми экономичными на рынке без потери мощности. Согласно законам физики, это возможно только за счет увеличения давления кислорода, который поступает в двигатель. Естественно, в этом случае производитель настраивает турбину на максимально высокое давление, что неизбежно ведет к существенному уменьшению срока службы двигателя.

Как увеличить срок службы турбокомпрессора?
Турбокомпрессор нуждается в постоянной масляной смазке. Когда вы запускаете автомобиль, то, как правило, первые секунды турбокомпрессор работает в режиме нехватки масляной смазки. Поэтому не советуем владельцев турбированных автомобилей трогаться с места сразу после запуска двигателя. Так что после того, как вы запустили мотор, подождите около 30 секунд, пока турбина равномерно не смажется маслом.
В крайнем случае вы можете все-таки тронуться с места сразу после запуска двигателя, но в таком случае езжайте на небольшой скорости (на низких оборотах двигателя). Таким образом вы избежите преждевременного износа внутренних компонентов турбины.

Также не советуем вам выключать двигатель после движения на высокой скорости. Дело в том, что если после движения на больших оборотах двигателя вы сразу заглушите мотор, то турбина еще будет крутиться по инерции еще около 20 секунд фактически без смазки, поскольку система масляной смазки работает только при включенном двигателе.

Кроме того, чтобы турбина преждевременно не вышла из строя, вы должны использовать моторное масло, только рекомендованное автопроизводителем. Желательно, если вы будете приобретать масло у официальных дилеров. Так вы снизите риск купить поддельное некачественное моторное масло, которое может не только в короткий срок вывести турбокомпрессор из строя, но и существенно снизить ресурс двигателя.

Что может сломаться в турбокомпрессоре автомобиля?
Большинство дефектов турбины происходят из-за недостаточной смазки. В случае недостаточной или не эффективной смазки (старое или поддельное моторное масло) внутренние компоненты могут быстро выйти из строя из-за повышенного трения друг с другом.

Еще одной частой причиной выхода из строя турбины является несвоевременная замена воздушного фильтра. Дело в том, что из-за грязного воздушного фильтра масло может быстро становится загрязненным, что в итоге приведет к неэффективной смазки турбокомпрессора. В первую очередь, в этом случае, может быстро выйти из строя подшипник турбины.

Так что, если вы заметите, что турбина автомобиля стала работать громче чем обычно, или появились вибрации, а также если вы обнаружили утечку масла с турбокомпрессора, то необходимо как можно скорее отправиться в технический центр для комплексной диагностики турбины и всех связанных с нею систем, чтобы, вовремя обнаружив проблему, не допустить выхода из строя не только турбины, но и двигателя.

Возможно ли отремонтировать турбину в автомобиле
На первых этапах развития турбированных двигателей, в случае выхода турбокомпрессоров из строя приходилось приобретать новую турбину, так как ремонту они не подлежали. Но благодаря развитию технологий автопроизводители научились производить турбокомпрессоры, которые в наши дни подлежат частичному ремонту с помощью специальных ремкомпектов.

К сожалению, произвести ремонт турбины самостоятельно у вас не получится. Помните, что ремонт турбокомпрессоров должен выполняться только квалифицированным персоналом, которые должны помимо своего опыта, иметь специальные инструменты и оборудование.

При ремонте турбин должны использоваться только оригинальные сертифицированные детали турбокомпрессоров. В противном случае некачественные детали турбины могут не только полностью вывести турбокомпрессор из строя, но серьезно повредить двигатель вашего автомобиля.
Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры?
Как работают турбокомпрессоры? | Кто изобрел турбокомпрессоры?
Реклама
Криса Вудфорда. Последнее изменение: 18 февраля 2021 г.
Идеального изобретения не бывает: всегда можно сделать что-нибудь лучше, дешевле, более эффективный или более экологически чистый. Возьмите внутренний двигатель внутреннего сгорания. Вы можете подумать, что это замечательно, что машина приводимый в действие жидкостью, может сбросить вас по шоссе или ускорить небо во много раз быстрее, чем вы могли бы путешествовать иначе.Но это всегда можно построить двигатель, который будет работать быстрее, дальше или потреблять меньше топливо. Один из способов улучшить двигатель — использовать турбокомпрессор —a пара вентиляторов, которые используют отработанную мощность выхлопа из задней части двигателя, чтобы втиснуть больше воздух впереди, доставляя больше энергии, чем в противном случае. получать. Мы все слышали о турбинах, но как именно они работают? Давайте присмотритесь!
Фото: в типичном автомобильном турбокомпрессоре используется пара таких вентиляторов в форме улитки.Тот, который вы видите здесь, — это Garrett GT2871R, который вот-вот будет установлен на двигатель Pontiac G8. Фото Райана С. Делкора любезно предоставлено ВМС США.
Что такое турбокомпрессор?
Фото: два вида безмасляного турбокомпрессора, разработанного НАСА. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).
Вы когда-нибудь видели, как мимо проезжают автомобили, из выхлопной трубы которых струится сажа? Очевидно, выхлопные газы вызывают загрязнение воздуха, но это гораздо меньше очевидно, что они при этом тратят энергию впустую.Выхлоп смесь горячих газов выкачивается на скорости и вся энергия содержит — тепло и движение (кинетическая энергия) — исчезает бесполезно в атмосферу. Было бы здорово, если бы двигатель Могли бы как-нибудь использовать эту бесполезную энергию, чтобы машина ехала быстрее? Именно это и делает турбокомпрессор.
Автомобильные двигатели вырабатывают энергию за счет сжигания топлива в прочных металлических канистрах, называемых цилиндрами. Воздух входит каждый цилиндр смешивается с топливом и горит, чтобы произвести небольшой взрыв который выталкивает поршень, вращая валы и шестерни, которые вращают колеса автомобиля.Когда поршень возвращается внутрь, он нагнетает отработанный воздух. и топливная смесь выходит из цилиндра в качестве выхлопа. Количество мощности Производительность автомобиля напрямую зависит от того, насколько быстро он сжигает топливо. В у вас больше цилиндров и чем они больше, тем больше топлива машина может гореть каждую секунду и (по крайней мере теоретически) тем быстрее можешь идти.
Один из способов ускорить движение автомобиля — это добавить больше цилиндров. Вот почему супер-быстрые спорткары обычно имеют восемь и двенадцать цилиндров вместо четырех или шести цилиндры в обычном семейном автомобиле. Другой вариант — использовать турбонагнетатель, который нагнетает больше воздуха в цилиндры каждую секунду, чтобы они могут сжигать топливо быстрее. Турбокомпрессор — это простой, относительно дешевый, дополнительный немного обвеса, который может получить больше мощности от того же двигателя!
Как работает турбокомпрессор?
Если вы знаете, как работает реактивный двигатель, вы на полпути к пониманию турбонагнетателя автомобиля. А реактивный двигатель всасывает холодный воздух спереди, сжимает его в камеру где он горит топливом, а затем выдувает горячий воздух из спины.В качестве горячий воздух уходит, он с ревом проносится мимо турбины (что-то вроде очень компактная металлическая ветряная мельница), которая приводит в движение компрессор (воздушный насос) спереди двигателя. Это бит, который нагнетает воздух в двигатель, чтобы заставить топливо гореть должным образом. Турбокомпрессор на автомобиле применяет очень принцип аналогичен поршневому двигателю. Он использует выхлопные газы для водить турбину. Это вращает воздушный компрессор, который выталкивает дополнительный воздух. (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива каждый второй. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может производить больше мощности (что это еще один способ сказать «больше энергии в секунду»).Нагнетатель (или «нагнетатель с механическим приводом», чтобы дать ему полное название) очень похож на турбокомпрессор, но вместо того, чтобы приводиться в действие выхлопными газами с помощью турбины, он приводится в действие вращающимся коленчатым валом автомобиля. Обычно это недостаток: там, где турбокомпрессор питается от отходов энергии выхлопных газов, нагнетатель фактически крадет энергию от собственного источника энергии автомобиля (коленчатого вала), что обычно бесполезно.
Фото: Суть турбокомпрессора: два газовых вентилятора (турбина и компрессор), установленные на одном валу.Когда один поворачивается, другой тоже поворачивается. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).
Как на практике работает турбонаддув? Турбокомпрессор — это два маленьких вентилятора (также называемых крыльчатками). или бензонасосы), сидящие на одном металлическом валу, так что оба вращаются вместе. Один из этих вентиляторов, названный turbine , находится в выхлопная струя из цилиндров. Когда цилиндры выдувают горячий газ лопасти вентилятора, они вращаются и вал, с которым они соединены (технически называемый вращающийся узел центральной ступицы или CHRA) также вращается.Второй вентилятор называется , компрессор и, поскольку он сидит на том же валу, что и турбина, он тоже вращается. Он установлен внутри воздухозаборника автомобиля, так что, вращаясь, он втягивает воздух в машину и нагнетает его в цилиндры.
Теперь здесь небольшая проблема. Если сжать газ, он станет горячее (вот почему велосипедный насос нагревается, когда вы начинаете накачивать шины). Горячее воздух менее плотный (поэтому теплый воздух поднимается над радиаторами) и меньше эффективны для сжигания топлива, поэтому было бы намного лучше, если бы воздух, поступающий из компрессора, был охлажден перед входом цилиндры.Для его охлаждения мощность компрессора проходит через над теплообменником, который удаляет дополнительное тепло и направляет его в другое место.
Как работает турбокомпрессор — подробный обзор
Основная идея заключается в том, что выхлоп приводит в движение турбину (красный вентилятор), которая напрямую подключен (и питает) компрессор (синий вентилятор), который нагнетает воздух в двигатель. Для простоты мы показываем только один цилиндр. Итак, вкратце, как все это работает:
Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и направляется к компрессору.
Вентилятор компрессора помогает всасывать воздух.
Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух и снова его выдувает.
Горячий сжатый воздух от компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает его.
Охлажденный сжатый воздух поступает в воздухозаборник цилиндра. Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре быстрее.
Поскольку цилиндр сжигает больше топлива, он быстрее вырабатывает энергию и может передавать больше мощности на колеса через поршень, валы и шестерни.
Отработанный газ из цилиндра выходит через выхлопное отверстие.
Горячие выхлопные газы, обдувающие турбинный вентилятор, заставляют его вращаться с высокой скоростью.
Вращающаяся турбина установлена на том же валу, что и компрессор (показан здесь бледно-оранжевой линией). Итак, когда вращается турбина, вращается и компрессор.
Выхлопные газы покидают автомобиль, расходуя меньше энергии, чем в противном случае.
На практике компоненты можно было соединить примерно так.Турбина (красная справа) забирает отработанный воздух через свой впуск, приводя в действие компрессор (синий, слева), который забирает чистый наружный воздух и нагнетает его в двигатель. Эта конкретная конструкция имеет электрическую систему охлаждения (зеленую) между турбиной и компрессором.
Иллюстрация: Как турбина и компрессор соединены в турбонагнетателе с электрическим охлаждением. Из патента США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдано 24 мая 2011 г.Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.
Откуда берется дополнительная мощность?
Турбокомпрессоры придают автомобилю больше мощности, но эта дополнительная мощность не поступать непосредственно из отработанного выхлопного газа — и это иногда сбивает людей с толку. С турбонагнетателем мы используем часть энергии выхлопных газов для приведения в действие компрессора, что позволяет двигателю сжигать больше топлива каждую секунду. Это дополнительное топливо — вот где дополнительная мощность автомобиля происходит от. Все выхлопные газы приводят в действие турбокомпрессор и, поскольку турбокомпрессор не подключен к коленчатому валу или колесам автомобиля, он не прямо добавляет мощности автомобилю в любом случае.Это просто включение один и тот же двигатель для более быстрого сжигания топлива, что делает его более мощным.
Сколько дополнительной мощности вы можете получить?
Если турбокомпрессор дает двигателю большую мощность, более крупный и лучший турбокомпрессор даст это даже больше мощности. Теоретически вы можете продолжать улучшать свой турбокомпрессор. чтобы сделать ваш двигатель все более мощным, но в конечном итоге вы достигнете предела. Цилиндры такие большие, и топлива они могут сжечь ровно столько, сколько нужно. Через впускное отверстие определенного размера вы можете втолкнуть в них столько воздуха, сколько выхлопных газов, что ограничивает энергию, которую вы можете использовать для приведения в действие турбокомпрессора.Другими словами, в игру вступают и другие ограничивающие факторы, которые необходимо учитывать. аккаунт тоже; вы не можете просто ускорить свой путь до бесконечности!
Преимущества и недостатки турбокомпрессоров
Фото: Типичный автомобильный турбокомпрессор. Вы можете четко видеть два вентилятора / нагнетателя (один над другим) и их вход / выход. Фото любезно предоставлено Армией США.
Вы можете использовать турбокомпрессоры как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями и более или менее на любых вид транспортного средства (автомобиль, грузовик, корабль или автобус).Основное преимущество использования турбокомпрессора заключается в том, что вы получаете большую выходную мощность. для двигателя того же размера (каждый ход поршня в каждом цилиндре генерирует большую мощность, чем в противном случае). Тем не менее, большая мощность означает больше энергии, выходной мощности в секунду, и закон сохранения энергии говорит нам, что вы должны вкладывать больше энергии, поэтому вы должны сжигать, соответственно, больше топлива. Теоретически это означает, что двигатель с турбонагнетателем не более экономичен, чем двигатель без него.Однако на практике двигатель, оснащенный турбонагнетателем, намного меньше и легче, чем двигатель, производящий такую же мощность без турбонагнетателя, поэтому автомобиль с турбонагнетателем может обеспечить лучшую экономию топлива в этом отношении. Производители теперь часто могут обойтись без установки гораздо меньшего двигателя на тот же автомобиль (например, V6 с турбонаддувом вместо V8 или четырехцилиндрового двигателя с турбонаддувом вместо V6). И именно здесь автомобили с турбонаддувом получают свое преимущество: при хорошей работе они могут сэкономить до 10 процентов вашего топлива.Поскольку они сжигают топливо с большим количеством кислорода, они, как правило, сжигают его более тщательно и чисто, вызывая меньшее загрязнение воздуха.
« Большинство отраслевых экспертов ожидают, что к 2027 году более половины автомобилей, проданных в США, будут оснащены одним двигателем. ”
The New York Times, 2018
Большая мощность при том же размере двигателя — это замечательно, так почему же не все двигатели имеют турбонаддув? Одна из причин заключается в том, что преимущества экономии топлива, обещанные ранними турбокомпрессорами, не всегда оказывались столь впечатляющими, как утверждали производители (стремящиеся воспользоваться любым маркетинговым преимуществом над своими конкурентами).Одно исследование 2013 года, проведенное Consumer Reports, показало, что небольшие двигатели с турбонаддувом дают значительно худшую экономию топлива, чем их «безнаддувные» (обычные) аналоги, и пришел к выводу: «Не принимайте экологические хвастовства двигателей с турбонаддувом за чистую монету. Есть более эффективные способы экономить топливо, в том числе гибриды, дизели и другие передовые технологии ». Надежность тоже часто была проблемой: турбокомпрессоры добавляют еще один уровень механической сложности к обычному двигателю — короче говоря, есть еще немало вещей, которые могут пойти не так. Это может значительно удорожать обслуживание турбин. По определению, турбонаддув — это получение большего от той же базовой конструкции двигателя, и многие компоненты двигателя должны испытывать более высокие давления и температуры, что может привести к более быстрому выходу деталей из строя; вот почему, вообще говоря, двигатели с турбонаддувом служат не так долго. Даже вождение с турбонаддувом может отличаться: поскольку турбокомпрессор приводится в действие выхлопными газами, часто наблюдается значительная задержка («турбо-задержка») между тем, когда вы нажимаете ногу на акселератор, и моментом включения турбонаддува, что может привести к турбо машины очень разные (а иногда и очень хитрые) в управлении.В последние несколько лет ведущие производители, такие как Garrett и BorgWarner, активно разрабатывают частично или полностью электрические турбокомпрессоры для решения этой проблемы; Предложение Гарретта называется E-Turbo, а предложение Борга — eBooster®.
Кто изобрел турбокомпрессор?
Кому мы благодарим за турбокомпрессоры? Альфред Дж. Бюхи (1879–1959), инженер-автомобилестроитель, работавший в двигательной компании Gebrüder Sulzer в Винтертуре, Швейцария. Как и в случае с турбонагнетателем, который я проиллюстрировал выше, в его первоначальной конструкции использовался приводной от выхлопа вал турбины для питания компрессора, который нагнетал больше воздуха в цилиндры двигателя.Первоначально он разработал турбокомпрессор за годы до Первой мировой войны и запатентовал его в Германии в 1905 году, но продолжал работать над улучшенными конструкциями до своей смерти четыре десятилетия спустя.
Однако
Бючи была не единственной важной фигурой в истории. Несколькими годами ранее сэр Дугалд Кларк (1854–1932), шотландский изобретатель двухтактного двигателя, экспериментировал с разделением ступеней сжатия и расширения внутреннего сгорания с помощью двух отдельных цилиндров. Это немного похоже на наддув, увеличивая как поток воздуха в цилиндр, так и количество топлива, которое может быть сожжено. Другие инженеры, включая Луи Рено, Готлиба Даймлера и Ли Чедвик также успешно экспериментировал с системами наддува.
Изображение: один из проектов турбокомпрессора Альфреда Бючи конца 1920-х годов (патент был подан в 1927 году и выдан в апреле 1934 года). Я раскрасил его, чтобы вы могли быстро разобраться в этом. Вы можете увидеть один цилиндр (желтый) и поршень, кривошип и шатун (красный) слева. Выхлопные газы из цилиндра проходят через трубу (зеленую), которая приводит в движение турбину.Он подключен к оранжевому «нагнетателю» (компрессору) и охладителю (синий ящик), который нагнетает воздух в цилиндр через синюю трубу. Есть множество других сложных деталей, но я не буду вдаваться во все детали; Если вам интересно, взгляните на патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания (обслуживается через Google Patents). Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.
Если вам понравилась эта статья …
… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.
Узнать больше
На сайте
Книги для старших читателей
Книги для юных читателей
Car Science Ричард Хаммонд. Дорлинг Киндерсли, 2007. Объясняет, почему ваша машина работает (в возрасте 9–12 лет).
Статьи
Garrett E-Turbo обещает большую мощность, лучшую эффективность и меньшее отставание от Аарона Терпена, New Atlas, 20 октября 2019 года. История новых электрических турбин Гарретта.
Прыжки с турбонаддувом с гоночной трассы до Кюль-де-Сак, автор Стивен Уильямс. The New York Times, 25 октября 2018 года. Как турбокомпрессоры стали неотъемлемой частью современного автомобильного двигателя.
Маленький вентилятор, решающий самую большую проблему турбокомпрессора. Автор Алекс Дэвис. Wired, 24 августа 2017 г. Краткий обзор eBooster от BorgWarner.
Как сделать турбодвигатели более эффективными? «Просто добавь воды» Ник Чап. The New York Times, 29 сентября 2016 г. Компания Bosch возрождает идею распыления воды на цилиндры с турбонаддувом, чтобы они работали более прохладно и менее беспорядочно.
Автопроизводители считают, что турбины — мощный путь к экономии топлива Лоуренс Ульрих. The New York Times, 26 февраля 2015 г. Почему такие производители, как Ford и BMW, так активно продвигают двигатели с турбонаддувом.
50 лет назад Джим Коскс сделал турбонагнетатель революционной технологией. The New York Times, 19 декабря 2014 года. Как первые турбокомпрессоры в конце концов преодолели свои первые проблемы.
Чак Скватриглиа, «Если вы не водите турбо», то скоро будете. Wired, 24 сентября 2010 г.Ожидается, что к 2015 году количество автомобилей с установленными турбонагнетателями увеличится вдвое, поскольку производители ищут новые способы повышения производительности от двигателей меньшего размера.
Turbo приветствует экологический сертификат Йорна Мадслиена. BBC News, 11 октября 2009 г. Турбины заставляют автомобили двигаться быстрее; они также могут сделать их «экологичнее» за счет снижения расхода топлива.
Патенты
Если вы ищете подробные технические описания того, как все работает, патенты — хорошее место для начала. Здесь Вот несколько недавних патентов на турбокомпрессоры, которые стоит проверить:
Патент США № 1,955,620: Двигатель внутреннего сгорания Альфреда Дж.Бючи, предоставлен 17 апреля 1934 года. Ранний турбодвигатель, спроектированный самим изобретателем турбокомпрессоров.
Патент США № 2 309 968: Управление турбокомпрессором и метод, разработанный Ричардом Дж. Ллойдом, Корпорация Гарретт, выдан 1 февраля 1977 года. Основное внимание уделяется системе управления турбокомпрессором, которая эффективно работает при различных оборотах двигателя.
Патент США № 4083188: Система турбонагнетателя двигателя, выданная Emerson Kumm, The Garrett Corporation, 11 апреля 1978 года. Современный турбонагнетатель для дизельного двигателя с низкой степенью сжатия.
Патент США № 7,946,118: Охлаждение турбонагнетателя с электрическим управлением Уиллом Хиппеном и др., Ecomotors International, выдан 24 мая 2011 г. Новый метод охлаждения турбокомпрессора.
Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты
статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.
Авторские права на текст © Chris Woodford 2010, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.
eBooster является зарегистрированным товарным знаком BorgWarner Inc. Corporation
Следуйте за нами
Поделиться страницей
Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:
Цитировать эту страницу
Вудфорд, Крис. (2010/2020) Турбокомпрессоры. Получено с https: // www.exploainthatstuff.com/how-turbochargers-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]
Больше на нашем сайте …
Турбокомпрессор против нагнетателя: в чем разница?
По мере того, как государственное законодательство и экологические соображения приводят к переходу от энергоемких безнаддувных двигателей большого объема к более экономичным двигателям меньшего размера, автопроизводители все чаще используют турбокомпрессоры и нагнетатели, чтобы получить больше энергии из меньшего количества топлива.Оба устройства служат «заменой смещения», помогая втиснуть такое же количество воздуха, которое более крупный двигатель естественным образом вдохнет в меньший двигатель, чтобы они могли производить ту же мощность, когда ступня водителя ударяется об пол. Оказывается, кислород труднее попасть в двигатель, чем топливо. (Это также цель, которую системы закиси азота служат на рынке послепродажного обслуживания.) Давайте по-новому взглянем на относительные преимущества турбонаддува по сравнению с наддувом.
В чем разница между турбонагнетателем и нагнетателем?
«Нагнетатель» — это общий термин для воздушного компрессора, который используется для увеличения давления или плотности воздуха, поступающего в двигатель, обеспечивая большее количество кислорода для сжигания топлива.Все самые ранние нагнетатели приводились в движение мощностью от коленчатого вала, обычно с помощью шестерни, ремня или цепи. Турбокомпрессор — это просто нагнетатель, который приводится в действие турбиной в потоке выхлопных газов. Первые из них, датируемые 1915 годом, назывались турбокомпрессорами и использовались в радиальных авиационных двигателях для увеличения их мощности в более разреженном воздухе, обнаруживаемом на больших высотах. Сначала это название было сокращено до турбокомпрессора, а затем до турбо.
Просмотреть все 5 фото
Что лучше: турбонагнетатель или нагнетатель?
Каждый из них может использоваться для увеличения мощности, экономии топлива или того и другого, и у каждого есть свои плюсы и минусы.Турбокомпрессоры используют часть «бесплатной» энергии, которая в противном случае полностью терялась бы в выхлопе. Привод турбины действительно увеличивает противодавление выхлопных газов, которое оказывает некоторую нагрузку на двигатель, но чистые потери имеют тенденцию быть меньше по сравнению с прямой механической нагрузкой, связанной с приводом нагнетателя (самые большие нагнетатели, приводящие в действие драгстер, работающий на верхнем топливе, потребляют 900 лошадиных сил на коленчатом валу. в двигателе мощностью 7500 лошадиных сил). Но нагнетатели могут обеспечить свой наддув почти мгновенно, тогда как турбокомпрессоры обычно страдают некоторой задержкой реакции, в то время как давление выхлопных газов, необходимое для вращения турбины, увеличивается. Очевидно, что драгстер с самым высоким уровнем топлива, пытающийся проехать квартал за четыре секунды, не может тратить время на ожидание повышения давления выхлопных газов, поэтому все они используют нагнетатели, в то время как автомобили, которым поручено повысить среднюю корпоративную экономию топлива (CAFE), не могут позволить тратить драгоценную мощность на воздуходувки, поэтому они в основном используют турбины. Но с появлением мягкой гибридизации и 48-вольтовых электрических систем вы можете ожидать большего использования нагнетателей, приводимых в действие свободно рекуперированным электричеством, сохраняемым во время замедления и торможения.В новом шестицилиндровом двигателе Mercedes-Benz M256, который теперь устанавливается на такие автомобили, как CLS 450 и GLE 450, используется именно такая система, как и в новом Land Rover Defender с двигателем такого же размера и конфигурации с максимальным запасом хода.
Сколько мощности добавляет турбонагнетатель или нагнетатель?
Выше мы отметили, что количество кислорода, которым двигатель может «дышать», является ограничивающим фактором относительно того, какую мощность он может производить, потому что технология топливных форсунок более чем способна подавать столько топлива, сколько может быть сожжено. с количеством кислорода в баллоне.Безнаддувные двигатели, работающие на уровне моря, получают давление воздуха 14,7 фунтов на квадратный дюйм, поэтому, если турбонагнетатель или нагнетатель добавляет к двигателю 7 фунтов на квадратный дюйм, то сами цилиндры получают примерно на 50 процентов больше воздуха и теоретически должны производить примерно на 50 процентов больше. мощность. Обычно так не получается. Сжатие всасываемого воздуха добавляет тепла, которое вместе с дополнительным давлением увеличивает вероятность повреждения двигателя перед детонацией или «звоном», поэтому время часто приходится несколько замедлять.Это может ограничить количество времени, в течение которого топливо должно полностью сгореть, и, следовательно, частично снижает выигрыш в мощности. Большинство современных двигателей с турбонаддувом и / или нагнетателем также включают промежуточные охладители, которые помогают отводить часть тепла, добавляемого турбонагнетателем или нагнетателем. В конце концов, обычно ожидается, что добавление на 50 процентов большего количества воздуха даст на 30-40 процентов больше мощности.
Просмотреть все 5 фото
Как турбины / нагнетатели экономят газ?
Когда они работают, турбины и нагнетатели в основном помогают сжигать на больше газа, но когда они прикреплены болтами к двигателю, который в противном случае был бы слишком мал, чтобы адекватно удовлетворить потребности транспортного средства с точки зрения ускорения или при буксировке, и Т. Д., они помогают экономить топливо во время круизов на малой мощности, которые составляют большую часть нашей поездки. Один из способов добиться этого — уменьшить насосные потери, которые возникают, когда двигатель большого рабочего объема работает с дроссельной заслонкой пять процентов или меньше — он должен усердно работать, чтобы всасывать воздух мимо в основном закрытого дросселя. Для того же количества мощности может потребоваться 20-процентное открытие дроссельной заслонки на меньшем двигателе, что приведет к меньшему количеству насосных работ. (Вот почему многие новые автомобили не создают достаточного вакуума для работы механических тормозов, дверей смешанного воздуха систем климат-контроля и т. Д., и либо оснащены вспомогательными вакуумными насосами, либо используют электрические элементы управления для этих элементов.)
Почему турбонагнетатели более популярны, чем нагнетатели в серийных автомобилях?
Турбины, как правило, превосходят компрессоры с кривошипно-шатунным приводом в критическом тесте экономии топлива FTP75, который определяет количество миль на галлон с наклейками на стекле и рейтинг CAFE корпорации, поэтому турбины можно найти на более распространенных транспортных средствах, начиная с 1,0-литрового Ford EcoSport за 21 240 долларов турбо для любого из четырех двигателей с турбонаддувом в пикапе Ford F-150. Между тем, как показывает этот список всех автомобилей с наддувом, доступных в США, нагнетатели в основном устанавливаются на высокопроизводительные автомобили. Конечно, все Volvo, оснащенные 2,0-литровыми двигателями с двойным наддувом, такие как модели XC60 и XC90 T6 и T8, оснащены как турбонагнетателем , так и с нагнетателем. Эта конструкция использует сильные стороны каждого из них — наддув нагнетателя на низких оборотах обеспечивает давление до тех пор, пока большой турбонагнетатель не раскрутится, и в этот момент нагнетатель отсоединяется от коленчатого вала, чтобы не терять мощность.
Просмотреть все 5 фото
А как насчет Twin Turbos, Biturbos, Quad Turbos и Hot Vees?
Twin-turbo просто означает, что есть два турбокомпрессора. Они могут работать независимо (как это часто бывает в двигателях с V-образной конфигурацией, где отдельные турбины работают с каждой стороны двигателя) или последовательно. Когда они используются последовательно, малый и большой турбонаддув объединяются в пару, и в этом случае маленький турбонагнетатель быстро раскручивается, чтобы уменьшить турбо-задержку, а затем, когда поток выхлопных газов увеличивается, более крупный турбо начинает обеспечивать наддув.Обратите внимание, что некоторые называют первый битурбо (Mercedes обозначает многие из своих автомобилей AMG Biturbos), а второй — твин-турбо, но мы не делаем этого различия. Естественно, квад-турбо означает, что их четыре, как в Bugatti Chiron. В его большом двигателе W-16 используются две пары последовательных турбонагнетателей. В течение многих лет большинство V-образных двигателей с турбонаддувом свешивали турбины с выпускных коллекторов на внешней стороне двигателя, при этом всасываемый воздух поступал в долину V-образного сечения. В последнее время возникла тенденция к тому, чтобы обратить это вспять и подавать всасываемый воздух на внешние стороны V-образного сечения, при этом выхлопная труба и турбины расположены внутри V-образного сечения. Это имеет то преимущество, что значительно уменьшает общий размер двигателя и, при надлежащей вентиляции капота, может привести к более низким температурам под капотом.
Просмотреть все 5 фото
Какие бывают типы нагнетателя?
Из-за необходимости размещать турбокомпрессор рядом с выхлопом, его форм-фактор с самого начала был склонен к центробежному (турбинному) компрессору. Также доступны центробежные нагнетатели с ременным приводом, которые также довольно легко установить в модернизированных установках послепродажного обслуживания.Пакстон популяризировал эту установку, и ее дизайн теперь продается под названием Vortech (как показано выше). Одним из интересных вариантов этой концепции является центробежный нагнетатель с регулируемым передаточным числом, который включает в себя бесступенчатый привод шкива, устанавливаемый на обычный компрессор. Заводские нагнетатели на V-образных двигателях обычно упаковываются в V-образной впадине и, следовательно, предпочитают более длинную, более низкую и узкую упаковку. Из них тип Roots наиболее популярен среди заводских автомобилей с наддувом, к которым относятся новые Ford Mustang Shelby GT500 и Camaro ZL1.В этой установке два вала, вращающихся в противоположных направлениях, имеют выступы, которые направляют воздух вниз через валы — обычно воздух входит в верхнюю часть устройства и выходит из нижней части. Двухвинтовые нагнетатели Lysholm нагнетают воздух от одного конца нагнетателя к другому. Винтажный Ford GT начала 2000-х использовал этот тип, как и двигатель цикла Миллера Mazda Millenia.
Винтовой нагнетатель типа G-Lader был одобрен Volkswagen в течение некоторого времени и предлагался на Corrado здесь, в США. Этот странный дизайн включает в себя пару переплетенных спиралей, которые связаны с большим трением и оказались проблематичными.Лопастной нагнетатель — это еще одна конструкция, которая мало использовалась в автомобильной промышленности с тех пор, как нагнетатели Powerplus устанавливались на некоторые автомобили MG в 1930-х годах. Это сложно объяснить без сложных иллюстраций и связано с большим трением. Последний тип, заслуживающий упоминания, — это нагнетатель волн давления, известный как система Comprex. Он имеет вращающийся цилиндр, разделенный на многочисленные камеры, открытые с обоих концов. Один конец выходит на выхлопной поток, другой — на впускной.Выхлопные импульсы толкают всасываемый воздух к стороне всасывания, прежде чем трубка снова герметизируется, отражая импульсную волну выхлопа обратно в сторону выхлопа. На обратном пути камера снова попадает в воздухозаборник, куда воздух врывается вслед за отступающей волной. Есть некоторое смешение газов, и это работает только на низких оборотах двигателя, поэтому лучше всего подходит для дизелей. Около 150 000 дизельных двигателей Mazda получили эту установку, но ни один из них не был продан на наших берегах.
Могу ли я добавить к моему автомобилю турбонагнетатель или нагнетатель?
Существуют комплекты вторичного рынка для обоих, но обычно немного проще прикрутить болтами нагнетатель, для которого нужны только кронштейн, шкив коленчатого вала и ремень, а также интеграция во впускную систему — плюс, возможно, добавление промежуточного охладителя.Турбонагнетатель должен быть интегрирован как в выхлопную, так и в впускную системы, а также может быть добавлен промежуточный охладитель. Тем не менее, такие сайты, как JEGS.com, с радостью продадут вам все необходимое, чтобы добавить любой из них.
Как ухаживать за автомобилем с турбонаддувом
Советы по уходу за автомобилем с турбонаддувом в наши дни становятся все более востребованными.
Это неудивительно. В рамках глобального стремления к повышению эффективности автомобилестроения турбонаддув стал почти синонимом современной конструкции двигателя.На дороге гораздо больше автомобилей с турбинами под капотом, чем раньше.
Это привело к появлению большого количества статей и видео, которые дают советы по уходу за автомобилем с турбонаддувом, дают советы по прогреву и охлаждению двигателя до и после поездки, чтобы убедиться, что вы используете топливо с правильным октановым числом, соблюдая осторожность. на дроссельной заслонке и убедитесь, что вы выбрали правильную передачу. Они предупреждают, что невыполнение этого требования может привести к повреждению турбины и двигателя.
Но подавляющее большинство людей не просматривают сайты, подобные этому, в поисках совета по уходу за турбиной.Так что же с этим делают производители? Действительно ли несоблюдение этого совета приведет к повреждению современных автомобилей, или все эти советы устарели с развитием современных технологий?
По общему мнению производителей, современные автомобили проходят такие экстремальные испытания, что мало что можно сделать с новым двигателем с турбонаддувом, что могло бы вызвать какие-либо проблемы. Для старых автомобилей многие из приведенных выше советов верны, но сегодня программные системы таковы, что они нейтрализуют любые действия водителя, которые могут начать измельчать внутренние части под капотом.
«Раньше мы давали консультации по автомобилям с турбонаддувом», — сказала представитель BMW. «Однако мы больше не предлагаем конкретных советов нашим клиентам, которые водят эти автомобили».
Представитель Audi
согласился, хотя и более осторожно. «Современные двигатели Audi с турбонаддувом не требуют особых мер предосторожности или рабочих процедур, которые были необходимы для старых двигателей», — сказал он. «Но мы, конечно же, рекомендуем владельцам соблюдать общие правила минимизации износа, а также выбросов, которые в основном применимы ко всем двигателям.”
Такие правила обычно можно охарактеризовать как «должным образом ухаживайте за своей машиной». Хотя технологии прошли долгий путь, автомобили по-прежнему представляют собой сложные части оборудования со сложными механическими компонентами, и они нуждаются в регулярном обслуживании и TLC. Подробности этого будут перечислены в руководстве по эксплуатации автомобиля, но основные принципы включают соблюдение рекомендуемых интервалов обслуживания, а также проверку и замену жидкостей по мере необходимости.
Но когда речь идет конкретно о турбинах, не о чем беспокоиться, как объясняет менеджер по техническим операциям Citroen по запасным частям и обслуживанию в Великобритании Ян Седжвик.
«За прошедшие годы в области технологий управления двигателем и турбонагнетателей был достигнут значительный прогресс. Двигатели THP Performance оснащены отдельными системами охлаждения, которые помогают поглощать тепло, поэтому нет необходимости оставлять двигатели на холостом ходу для рассеивания тепла — система автоматически срабатывает при выключении автомобиля. Турбины с электронным управлением помогают контролировать нагрузку на двигатель и турбонагнетатель, что позволяет лучше управлять стилем вождения и потребляемой мощностью ».
Рикардо Мартинес-Ботас — профессор турбомашиностроения на факультете машиностроения Имперского колледжа Лондона и мировой авторитет в области турботехнологий.Он говорит, что, хотя современные технологии означают, что современные водители автомобилей могут просто сесть в машину и поехать, это изменится, если автомобиль будет изменен по сравнению со стандартным.
«Системы управления двигателем и современные конструкции двигателей позаботятся обо всем», — говорит он. «Но если вы модифицируете систему, это немедленно изменит замысел конструкции, и вы можете выйти за рамки предполагаемого использования устройства. Если вы вносите изменения, вам действительно нужно быть предельно осторожным.
Плюсы и минусы двигателей с турбонаддувом
Скорость и мощность идут рука об руку как самые захватывающие аттракционы, связанные с автомобильной карьерой и автомобильной культурой.Существует бесчисленное количество фильмов о машинах, летающих с головокружительной скоростью, и наша одержимость гонками Формулы-1 лишь укрепляет идеал скорости и мощности как конечную цель автомобиля. Однако, когда дело доходит до двигателей с турбонаддувом и суперкаров, они могут оказаться не такими, какими их придумывают. При всей демонической скорости и потрясающем крутящем моменте, которые они предлагают, двигатели с турбонаддувом определенно имеют некоторые недостатки. Итак, каковы плюсы и минусы разгона вашего двигателя?
Плюсы
Самым очевидным преимуществом установки двигателя с турбонаддувом в вашем автомобиле является то, что вы получите гораздо более быструю и мощную езду, но вам не нужен автомеханик , чтобы сказать вам об этом.Тем не менее, ваш автомобиль будет обладать гораздо большей мощностью, чем позволяет вам естественный двигатель или наддув, а это означает, что если вы действительно хотите получить максимальную отдачу от этого рычащего V8, для вас может иметь смысл вложить деньги в его турбонаддув.
Поскольку двигатели с турбонаддувом в основном работают за счет выхлопных газов, газов, которые в противном случае были бы потрачены впустую, вы ничего не потеряете при использовании турбонаддува. Это также означает, что вы можете получить больше мощности от меньшего двигателя без необходимости модернизации.Большие и мощные двигатели занимают гораздо больше места и дороже в эксплуатации, поэтому турбонаддув для небольшого двигателя — отличный компромисс.
Однако, несмотря на все, казалось бы, положительные стороны турбонаддува, у этого процесса есть и вопиющие минусы.
Минусы
Самый очевидный недостаток двигателя с турбонаддувом — это деньги и время, которые на это затрачиваются. Вам придется заплатить приличную сумму автомобильному технику , чтобы ваш обычный двигатель получил турбонаддув.Более того, это потребует некоторого переключения и перемещения под капотом, поскольку двигатель с турбонаддувом требует дополнительной проводки и трубок для правильной работы — автомобили с переполненными передними частями не применимы. Хотя многие автомобильные компании, такие как Volkswagen, предлагают модели заводского изготовления с двигателями с турбонаддувом, те, кто хочет обновить их самостоятельно, могут столкнуться с неудачами.
Также растет беспокойство по поводу того, что, несмотря на заявления автомобильных компаний об обратном, турбонаддув двигателя приводит к довольно значительной потере экономии топлива.Исследование, проведенное Consumer Reports в 2013 году, проверило одиннадцать автомобилей с двигателями с турбонаддувом и показало, что в целом каждое транспортное средство проезжает меньше миль на галлон, чем их аналоги без турбонаддува. Например, Ford Fusion 2.0L Turbo, который рекламируется как имеющий в среднем 26 миль на галлон, показал лишь 22 мили на галлон во многих суровых дорожных тестах.
Итак, хотя двигатели с турбонаддувом могут дать некоторые преимущества в области скорости и мощности, они пока не приносят никакой пользы окружающей среде.Однако такие компании, как Volkswagen, находят способы обойти это, например, с их гибридным турбодизельным двигателем VW XL1, который считается самым эффективным автомобилем в мире. Посмотрите это видео с его удивительными функциями:
Однако таких примеров, как VW XL1, немного, и пока что автомобили с турбонаддувом означают жертву экономией.
Категории: Новости УВД, Суррей
Теги: автосервис, автомеханик, автомеханик
Плюсы и минусы покупки машины с турбокомпрессором
На главную »Плюсы и минусы покупки машины с турбокомпрессором
Обновлено: 26 сентября 2019 г.
В связи с ужесточением правил экономии топлива производители автомобилей используют двигатели с турбонаддувом во все большем количестве автомобилей.С турбонагнетателем автомобиль может иметь двигатель меньшего размера и потреблять меньше топлива при движении накатом, на холостом ходу или в пробках. При необходимости включается турбонагнетатель и обеспечивает дополнительную мощность.
Надежны ли двигатели с турбонаддувом? Требуют ли они большего обслуживания? Как долго может работать двигатель с турбонаддувом? На что следует обратить внимание при покупке подержанного автомобиля с турбомотором? Прежде чем ответить на эти вопросы, давайте начнем с основ:
Что делает турбокомпрессор в автомобиле?
Турбокомпрессор — это устройство повышения мощности, прикрепленное к выпускному коллектору автомобиля. Турбокомпрессор имеет два отдельных порта: выпускной и впускной. Вал турбокомпрессора имеет небольшие турбины, установленные на обоих концах.
Одна турбина находится в выпускном патрубке (розовая на фото), другая — во впускной (синяя на фото). Горячие выхлопные газы, быстро выходящие из двигателя, раскручивают турбину внутри выхлопного отверстия. Вал передает вращение на впускную турбину. Впускная турбина нагнетает больше воздуха в двигатель (наддув). По мере того, как в двигатель поступает больше воздуха, автомобильный компьютер добавляет больше топлива, увеличивая мощность двигателя.
Реклама — Продолжить чтение ниже
Требуют ли двигатели с турбонаддувом большего обслуживания?
Короткий ответ — да. Первая причина очевидна: добавление турбонагнетателя к меньшему двигателю усложняет его работу. Турбонагнетатель увеличивает давление и температуру внутри камеры сгорания, что увеличивает нагрузку на все внутренние компоненты, включая поршни, клапаны и прокладку головки. Чем тяжелее работает двигатель, тем быстрее он изнашивается.
Вторая причина заложена в конструкции турбокомпрессора: он должен работать при экстремальных температурах горячих выхлопных газов, а вал турбокомпрессора смазывается моторным маслом. Это означает, что к качеству масла предъявляются повышенные требования. Моторное масло портится быстрее при сильной жаре. Двигатель с турбонаддувом не простит низкого уровня масла, некачественного масла или увеличенных интервалов между заменами масла. Большинству автомобилей с турбонаддувом требуется высококачественное синтетическое масло и более короткие интервалы технического обслуживания.Некоторым требуется бензин премиум-класса.
Надежны ли двигатели с турбонаддувом?
Двигатели
Turbo, как правило, вызывают больше проблем во многих автомобилях, хотя есть двигатели с турбонаддувом, которые более надежны. Двигатель с турбонаддувом имеет больше компонентов, чем двигатель без турбонаддува. К ним относятся установка выхлопной заслонки, интеркулер, система контроля наддува, вакуумный насос и более сложная вентиляция картера (PCV). Сам турбокомпрессор нередко выходит из строя.Чем больше деталей, тем больше может выйти из строя.
При большем пробеге из-за износа стенок цилиндров и поршневых колец более высокое давление в камере сгорания приводит к увеличению давления внутри картера двигателя. Это может привести к утечкам масла из многих мест, которые трудно устранить.
Тем не менее, есть много двигателей с турбонаддувом, которые могут работать долго. Возьмем, к примеру, турбодизель в Volkswagen Golf / Jetta Mark IV (с начала 2000-х). Многие из них проезжают более 200 км при хорошем техническом обслуживании.Подробнее: как ухаживать за двигателем.
Подходят ли турбодвигатели для буксировки?
Если вы планируете использовать свой автомобиль для буксировки тяжелых грузов, вам лучше выбрать двигатель V6 или V8 большего размера. Двигатель с турбонаддувом больше подходит для быстрых всплесков мощности при прохождении или ускорении. Буксировка тяжелого прицепа, особенно при движении по длинной дороге в гору, создает большую нагрузку на меньший двигатель с турбонаддувом.
Плюсы и минусы
Подведем итог: турбокомпрессор усложняет двигатель, а значит, больше вероятность того, что что-то пойдет не так.Автомобили с турбонаддувом более чувствительны к плохому обслуживанию. С другой стороны, турбокомпрессор добавляет мощность только тогда, когда она вам нужна, позволяя использовать меньший по размеру более экономичный двигатель.
На что обращать внимание при покупке подержанного автомобиля с турбомотором?
Белый дым из выхлопа
Проверить рейтинг надежности автомобиля, который вы хотите купить; некоторые автомобили с турбонаддувом надежнее других. Требуется ли автомобилю бензин премиум-класса? Есть ли какие-либо записи об обслуживании, подтверждающие, что замена масла производилась регулярно? Прочитайте больше.
Двигатели с турбонаддувом обычно имеют определенные проблемы. При тестовой езде на подержанном автомобиле с турбомотором обратите внимание на белый дым из выхлопной трубы (см. Фото). Это может быть просто небольшая затяжка при запуске двигателя, но это означает, что ждите дорогостоящего ремонта.
Известно, что некоторые двигатели с турбонаддувом потребляют масло. Следите за низким уровнем масла, который может указывать на повышенный расход масла. Неисправный турбокомпрессор может издавать визг или завывание на определенных ступенях наддува.
Еще одним признаком того, что турбина выходит из строя, является недостаток мощности (наддува) при ускорении. Подробнее: Как осмотреть подержанный автомобиль.
Остерегайтесь утечек масла. Первый признак утечки масла — запах горелого масла, исходящий из-под капота. Это хорошая идея, чтобы ваш механик осмотрел автомобиль. Он (она) может поднять автомобиль и проверить наличие утечек масла под ним, а также осмотреть многие другие компоненты.
Попросите вашего механика визуально проверить состояние внутренних компонентов двигателя, если это возможно.Черные отложения, покрывающие масляный щуп или застрявшие под маслозаливной чашей внутри двигателя, указывают на плохое обслуживание. Лучше избегать автомобилей с турбодвигателем, которые не требуют технического обслуживания.
Турбокомпрессор против. Нагнетатель: основы принудительной индукции
Есть большая вероятность, что в какой-то момент вашей жизни у вас был автомобиль с турбонаддувом или наддувом. Наличие турбонагнетателя или нагнетателя могло сыграть или не сыграть роль в вашем решении о покупке, но, тем не менее, вы воспользовались преимуществами лучшей производительности и экономии топлива.Хотя турбокомпрессоры сегодня широко используются в автомобилях, это относительно недавняя разработка с точки зрения истории автомобилестроения. Давайте посмотрим, почему автопроизводители используют турбокомпрессоры и нагнетатели, и поговорим о преимуществах, которые они могут предложить.
Зачем форсировать?
На протяжении многих лет автопроизводители пробовали практически все, чтобы придать своим автомобилям большую мощность и лучшую экономию топлива. Очевидное решение вопроса большой мощности — двигатель большего размера. Старая поговорка о том, что «вытеснению нет замены», появилась потому, что большой двигатель обычно производит больше мощности, чем маленький.Мощные автомобили 1960-х и 1970-х годов — прекрасные примеры этой школы мысли, и у них были двигатели больше, чем у многих современных пикапов. Они великолепно звучат, обеспечивают мускулатуру, необходимую для впечатляющего выгорания, и могут толкнуть вас обратно в сиденье, когда педаль заделана. Обратной стороной этих двигателей-монстров является экономия топлива, а точнее ее отсутствие. В конце концов, это был один из последних гвоздей в крышку гроба для случайного использования двигателей гигантского рабочего объема.
Когда-то зарезервированный для дорогостоящего оборудования, теперь турбонаддув используется во всем автомобильном спектре, включая Kia Soul, изображенную здесь. Kia
Поскольку запасы топлива сократились и цены подскочили во второй половине двадцатого века, производители были вынуждены изо всех сил пытаются придумать способ привести свои автомобили в действие без необходимости четыре фута на галлон большого блока V8. Сначала ответ заключался в том, чтобы делать маленькие автомобили. с небольшими двигателями. Компакты Ford Pinto, Chevrolet Vega AMC Gremlin были все рождено этой стратегией. Вторая часть плана заключалась в добавлении меньшего, менее мощный двигатель по сравнению с существующими автомобилями. Это и встреча постоянно ужесточающиеся стандарты выбросов, в результате чего на целое десятилетие были выпущены автомобили, которые были медленными, шумными и совсем не увлекательными. Термин «Эпоха недуга» используется для описывают американские автомобили с начала 70-х до начала 80-х годов прошлого века. которые многие модели были просто ужасны, чтобы ездить и жить с ними каждый день.
Как только производители разобрались со стандартами выбросов, они начали изучать возможность широкого использования турбокомпрессоров и нагнетателей в транспортных средствах. (Хотя маломощные автомобили с турбонаддувом от GM, Porsche и BMW, среди прочих, существовали в течение десятилетий, Saab 99 Turbo 1977 года часто объявляется первым коммерчески жизнеспособным серийным турбомотором современной эпохи; Volvo дебютировала с 240 Turbo в 1980 году. .)
Volvo 240 Turbo был первым серийным автомобилем с турбонаддувом для многих людей, достигших совершеннолетия в 1970-х и 80-х годах. Volvo
В совокупности именуются «принудительное индукции », добавление наддува с помощью турбонагнетателя или нагнетателя позволило уменьшить двигатели для увеличения мощности без ущерба для экономии топлива, что, в свою очередь, привело к появлению гораздо более привлекательных автомобилей.
Что такое турбокомпрессоры?
Турбокомпрессоры используют автомобильные выхлопные газы для вращения турбины в потоке выхлопных газов, который вращает компрессор на стороне индукции.Затем этот компрессор раскручивает и нагнетает больше воздуха в двигатель; больше воздуха означает больше топлива, и это может увеличить мощность. С другой стороны, нагнетатели вращаются с помощью шестерни или ремня. Если мы говорим о том, какой из них более эффективен, турбины всегда будут в выигрыше, потому что они повторное использование отработанного выхлопного газа вместо того, чтобы позволить ему уйти в атмосферу. В Напротив, нагнетатель отбирает часть мощности двигателя непосредственно для раскрутки двигателя. роторы.
На этом разрезе пятицилиндрового двигателя AUDI TTRS показано, как выхлопная турбина (слева) и вентилятор впускного компрессора (справа) соединены валом и размещены внутри контура впускного / выпускного трубопровода. Audi AG
Производительность и постоянство другие области, где две системы расходятся. Турбокомпрессорам нужен воздух, чтобы раскручиваться, что может занять время. Это явление известно как турбо-задержка, когда турбокомпрессор не раскручивается на полную мощность и, следовательно, не обеспечение максимального ускорения двигателя. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может чувствую, как он колеблется при достижении определенного числа оборотов или скорости. Это также создает приятный звук свиста, который нравится людям.
Что такое нагнетатели?
В отличие от турбонагнетателя управляется непосредственно двигателем, поэтому нет лагов. Нагнетатель запускается вырабатывает мощность, как только нажата педаль акселератора, и увеличивается соразмерно при оборотах двигателя. Одним из значительных преимуществ нагнетателей является то, что они могут быть более легко настраивается для обеспечения мощности и ускорения в широком диапазоне оборотов в минуту, в отличие от к турбокомпрессорам, которые сравнительно наиболее эффективно работают в небольшом диапазоне мощности.С другой стороны, обычно наблюдается небольшой процент потерь мощности из-за двигатель, чтобы получить преимущества мощности от нагнетателя. В конце концов, однако, любой потери обычно значительно перекрываются увеличением мощности двигателя. Они тоже часто демонстрируют уникальный звук. описывается как отчетливое нытье.
Dodge ошеломил мир маслкаров, представив в 2016 году 6,2-литровый двигатель Hellcat V8 с наддувом мощностью 707 лошадиных сил. Под большим алюминиевым корпусом в верхней части двигателя находится промежуточный охладитель; двухвинтовой нагнетатель находится прямо под ним. Dodge
Нагнетатели обычно делятся на одну из четырех категорий: корневые и двухшнековые или центробежные, приводимые в движение либо мощностью двигателя, либо электродвигателем. Наука немного сложнее, но это основная разбивка.
В чем смысл?
Каждая система имеет свои преимущества. Турбокомпрессоры увеличить мощность без увеличения объема двигателя, что приводит к повышение экономии топлива. Вот почему сейчас у нас так много мощных автомобилей с турбонаддувом. четырехцилиндровые и шестицилиндровые двигатели вместо V8 и даже V12, которые мы видели много лет назад.Автомобильная промышленность с энтузиазмом приняла турбонаддув, и количество новых автомобилей с турбонаддувом намного превышает количество автомобилей с нагнетателем. широкий запас.
С другой стороны, нагнетатели
хорошо работают в приложениях, где конечной целью являются максимальная мощность и крутящий момент. Прекрасным примером этого являются автомобили Dodge SRT Hellcat, в которых уже есть большой двигатель V8, а затем добавлен нагнетатель для создания уровней мощности, невиданных больше нигде в отечественной автомобильной промышленности. В настоящее время Dodge Challenger SRT Hellcat Redeye мощностью 797 лошадиных сил не только прочен, но и надежен.
Большинство производителей также используют промежуточный охладитель на стороне впуска для охлаждения сжатого воздуха. Подобно радиатору, но для воздуха, производит более плотный, более богатый кислородом воздух, что позволяет подавать больше топлива в цикл горения, увеличивая мощность двигателя. Надежность также повышается за счет постоянной температуры на впуске, что позволяет более точно управлять топливно-воздушной смесью.
Какие есть альтернативы?
Некоторые автопроизводители решили не выбирать между двумя платформами.Такие компании, как Volvo, решили использовать в новых автомобилях как турбонагнетатель, так и нагнетатель. Некоторые Volvo используют небольшой нагнетатель для увеличения мощности вне линии, турбо-режим берет на себя после того, как он набирает обороты. Эту систему иногда называют «двойной зарядкой».
Некоторые модели Volvo используют турбонагнетатель и нагнетатель в процессе, называемом двойным зарядом. На рисунке показан свежий воздух (синий), смешанный с наддувом (красный). Позднее воздушный поток сжимается турбокомпрессором, установленным ниже. Volvo
Другие автомобили также используют принцип «больше — значит лучше». Lancia и Nissan использовали как турбонаддув, так и наддув в раллийных автомобилях 1980-х годов. Несколько лет спустя Volkswagen выпустил автомобиль, в котором использовался 1,4-литровый двигатель с двойным наддувом, который производил такую же мощность, как 2,3-литровый двигатель, но с 20-процентным улучшением экономии топлива.
Другие компании, особенно в вторичного рынка, работают над улучшением и модернизацией нагнетателя для использование в новых экономичных транспортных средствах.BorgWarner работает с Mercedes-Benz, чтобы разработать электрический нагнетатель, который вместо этого использует электродвигатель. выкачивания мощности из двигателя автомобиля для увеличения его мощности.
Производители дали понять какой привкус буста он предпочитает для современных автомобилей. Турбокомпрессоры далеко более распространены и находятся под капотами гораздо большего количества новых автомобилей, чем нагнетатели.
В любом случае, турбо- и нагнетатели давно превзошли свою раннюю репутацию привередливых и дорогая технология, предназначенная для дорогой экзотики и гоночных автомобилей.В паре с передовые системы подачи топлива, комплексное программирование управления двигателем и значительно улучшился контроль качества, кажется, старый «нет замена на вытеснение », указ готов к отмене.
Краткая история турбокомпрессоров в автомобилях
Учитывая количество автомобилей с турбонаддувом на дорогах в наши дни, трудно поверить, что 50 лет назад турбины были почти неслыханными. Вот усиленный урок истории по принудительной индукции
Предпочитаете ли вы естественную или принудительную индукцию, невозможно отрицать, что появление турбокомпрессора оказало неизгладимое влияние на автомобили, которыми мы сегодня ездим.Вы можете найти турбины почти в каждом типе автомобиля, о дизельном или бензиновом, от VW Golf до Ferrari 488 GTB. Однако еще недавно турбонаддув в легковых автомобилях был почти неслыханным делом. Вот история того, как все это изменилось.
Первый двигатель с турбонаддувом?
Водитель IndyCar Грэм Рахал на BMW 2002 Turbo 1974 года
Турбонаддув существует почти так же давно, как и сам двигатель внутреннего сгорания, но потребуются десятилетия для того, чтобы на самом деле установить турбонаддув на двигатель легкового автомобиля.Хотя они десятилетиями широко использовались в авиационных двигателях, огромные размеры первых турбокомпрессоров делали их довольно непрактичными для использования в автомобилях. Однако очевидные преимущества турбонаддува означали, что появление турбин под капотом автомобиля будет лишь вопросом времени.
Если вы думаете о первых автомобилях с двигателями с турбонаддувом, вы можете подумать о классических автомобилях, сделанных в Европе. Фактически, многие ранние автомобили с турбонаддувом были европейскими — такие как Porsche 930, Saab 99 Turbo и BMW 2002 Turbo.
Однако первая машина, получившая ускорение, была такой же американской, как яблочный пирог. Еще в 1962 году General Motors решила, что 3,5-литровый V8 под капотом Oldsmobile Cutlass просто не обладает достаточной мощностью.Однако вместо того, чтобы обращаться к легендарному арсеналу двигателей V8 малого и большого блока GM, Oldsmobile решила сделать то, что никто не делал раньше. Сотрудничая с производителем промышленных турбин Garrett, Oldsmobile в 1962 году создал легендарный JetFire V8. В том же году он был доступен в качестве дополнительного пакета для F-85 Cutlass.
Установка турбокомпрессора в массовый автомобиль представляла собой огромную проблему для инженеров в 1960-х годах. Двигатель JetFire имел степень сжатия 10.25: 1, что сделало его уязвимым для детонации двигателя без современного управления двигателем. Oldsmobile решил эту проблему, применив систему впрыска «турбо-ракетной жидкости» в цилиндры. Если вы заядлый турбо-тюнер, это может звучать как набор для инъекций метамфетамина. Фактически, это была жидкость для турбонаддува, представляющая собой смесь воды и метанола в соотношении 1: 1.
Хотя JetFire сделал Cutlass заметно быстрее, чем его безнаддувный близнец, он так и не завоевал популярность.Частично причина заключалась в цене JetFire: надбавка в 300 долларов за принудительную индукцию была астрономической в 1962 году, что серьезно подорвало ее коммерческую жизнеспособность. JetFire тоже оказался не слишком надежным; и система впрыска Turbo-Rocket Fluid оказалась непрактичной. Когда-либо было продано менее 4000 JetFire, и Oldsmobile отказалась от этого всего через год существования.
Достигая прогресса
Хотя JetFire потерпел неудачу на рынке, автомобильной промышленности не потребовалось много времени, чтобы понять неиспользованный потенциал турбонаддува.В 1965 году в продажу поступил второй массовый автомобиль с турбонаддувом. Хотя вы могли подумать, что это будет один из европейских спортивных автомобилей, о которых я упоминал ранее, на самом деле этот автомобиль был американским полноприводным автомобилем. International Harvester Scout был доступен с 2,5-литровым четырехцилиндровым двигателем с турбонаддувом с 1965 по 1967 год. Он производил около 110 л.с., что на 20 больше, чем безнаддувная версия того же двигателя. Что еще более важно, он смог сделать все это с помощью бензина обычного качества и без использования набора метамфетамина.
Однако всего через два года компания IH решила, что замены смещения нет, и отказалась от турбированного двигателя Comanche в пользу 3,2-литрового четырехцилиндрового двигателя без турбонаддува. Как оказалось, более крупный двигатель N / A мог производить такое же количество энергии при меньшем расходе топлива, чем его двоюродный брат с турбонаддувом. С надвигающимся нефтяным кризисом 1974 года на горизонте казалось, что экономика турбонаддува просто не имеет смысла. Пройдет еще 10 лет, прежде чем турбонагнетатель станет доступен на американском двигателе.
Ускорение попадания
К 1973 году автопроизводители начали понимать, что турбины могут делать автомобили действительно быстрыми.В том же году был запущен в производство легендарный BMW 2002 Turbo. Хотя Turbo 2002 года был очень быстрым, он не был безупречным. Он страдал от резкого турбо-лага и низкого расхода топлива, и его даже считали угрозой безопасности. Как и JetFire, Turbo 2002 года прослужил всего год, прежде чем был убит.
Когда дни 2002 Turbo подошли к концу, Porsche 911 Turbo ожил. Когда в 1974 году была выпущена его первая версия, это был самый быстрый серийный автомобиль в мире. Возможно, это была самая важная коммерческая веха для двигателей с турбонаддувом.Будучи ассоциированным с самой экзотической машиной-мечтой того времени, энтузиазм по поводу турбонаддува начал формироваться. К 1978 году, через год после рождения Saab 99 Turbo, стало ясно, что турбокомпрессор никуда не денется.
Дизельный двигатель, встречайте турбокомпрессор
1978 год был большим годом для турбокомпрессора.Это был год, когда Buick начал оснащать Regal двигателем V6 с турбонаддувом, что в конечном итоге привело к созданию высокопроизводительного Grand National. Но что еще важнее, 1978 год стал годом рождения турбодизеля. В том же году Mercedes-Benz выпустил 300SD для продажи в США. Оснащенный турбокомпрессором Garrett, 300SD навсегда изменил дизельный двигатель.
Несмотря на то, что споры о сравнении бензиновых двигателей с турбонаддувом продолжаются, влияние турбонаддува на дизельный двигатель гораздо более серьезное.Поскольку цикл сгорания дизельного топлива зависит от высокой степени сжатия, принудительная индукция — это простой способ повысить мощность и эффективность дизельного двигателя. Вскоре стало очевидно, что турбодизели гораздо лучше подходят для автомобильной промышленности, чем их безнаддувные аналоги. Возможно, неудивительно, что с момента появления турбодизеля Peugeot 604 в 1979 году на турбодизели приходится около половины двигателей, используемых на дорогах в Европе.
Зачем останавливаться на одном?
В 1981 году компания Maserati решила, что, если вы можете установить один турбокомпрессор на двигатель автомобиля, вы, вероятно, сможете поставить ему два.В результате получился Biturbo с удачным названием. Хотя это не был особенно хороший автомобиль, это был первый когда-либо проданный легковой автомобиль с двойным турбонаддувом. Теория заключалась в том, что использование двух турбонагнетателей, работающих параллельно друг другу, уменьшило бы количество турбо-лагов. На практике это происходило не всегда, но параллельный твин-турбо, несомненно, позволял двигателям вырабатывать невероятные количества лошадиных сил.
Однако, как Porsche доказал в 1986 году с 959, есть другой способ установить два турбокомпрессора, чтобы уменьшить эффект запаздывания.Двойные турбины 959 настроены на в последовательности друг с другом. В отличие от параллельной установки с двойным турбонаддувом, где два турбонагнетателя работают независимо и с одинаковой частотой вращения двигателя, при последовательной установке один турбонагнетатель нагнетает катушку на низких оборотах, а другой (или оба) — на высоких оборотах. Хотя такая установка может быть менее надежной, последовательные двойные турбины Supra 4-го поколения, как сообщается, имеют удивительно низкую частоту отказов — менее 1 процента.
Будущее турбонаддува
Прототип «электронного турбонагнетателя» производства Honeywell.
За последние 55 лет турбокомпрессоры претерпели значительные изменения.Сегодня турбокомпрессоры почти так же технически сложны, как и двигатели, на которых они установлены. Турбины с двойной прокруткой, турбины с изменяемой геометрией и даже двойные нагнетатели с ременным приводом — вот лишь некоторые из достижений в технологии турбонаддува, которые мы наблюдали до сих пор.